用于固体氧化物燃料电池系统的控制器

摘要

本发明公开了一种用于固体氧化物燃料电池系统的控制器，包含数字核心电路、通讯接口电路、输入调理电路、输出驱动电路和稳压电源电路；数字核心电路分别连接稳压电源电路的输出端、输入调理电路的输入端和输出驱动电路的输入端；通讯接口电路的输出端连接通过CAN总线网络连接固体氧化物燃料电池系统（SOFC）的主控制器，输入调理电路的输出端连接SOFC的功能单元的传感器，输出驱动电路的输出端连接SOFC的功能单元的执行器；功能单元为电堆单元、空气供给单元、燃料供给单元、尾气回收单元或电管理单元。本发明针对SOFC控制任务复杂的特点，设计了功能完备的控制器，使得该硬件可以作为SOFC各功能单元的通用控制器，满足了SOFC系统开发应用的控制器硬件需求。

主权项

用于固体氧化物燃料电池系统的控制器，所述固体氧化物燃料电池系统的功能单元为电堆单元、空气供给单元、燃料供给单元、尾气回收单元或电管理单元，其特征在于，所述控制器包括固体氧化物燃料电池系统的中央主控制器和各功能单元的子控制器；各功能单元子控制器结合固体氧化物燃料电池系统的中央主控制器共同完成了固体氧化物燃料电池系统的控制任务，主控制器根据各单元传输上来的数据信息决定系统整体工作模式，负责主控制算法执行，监控各子控制器工作，并与上位监控机的数据交互；各功能单元子控制器相互独立工作，根据主控制器分配的单元控制目标，通过数据采集、数据处理、执行输出，完成具体单元各项指标的跟踪控制；所述功能单元子控制器包含数字核心电路、通讯接口电路、输入调理电路、输出驱动电路和稳压电源电路；数字核心电路通过电源总线连接稳压电源电路的输出端，通过I/O总线连接输入调理电路的输入端，通过I/O总线连接输出驱动电路的输入端；通讯接口电路的输出端通过CAN总线网络连接固体氧化物燃料电池系统的主控制器，输入调理电路的输出端连接固体氧化物燃料电池系统的功能单元的传感器，输出驱动电路的输出端连接固体氧化物燃料电池系统的功能单元的执行器；稳压电源电路提供控制器工作的电源；所述传感器包括温度、压力、流量、开关量和电流传感器中一种或者组合，所述执行器包括流量计、指示仪表、电磁阀、接触器、继电器和风机中的一种或者组合；所述数字核心电路包括单片机以及相接的晶振与支持单元、BDM调试单元、复位单元、配置单元和存储扩展单元，它们通过数据总线、地址总线和控制总线相连；单片机的工作温度为‑40℃到125℃以适应固体氧化物燃料电池系统的工作环境；单片机具备浮点运算单元以及支持Matlab/Simulink工具；晶振采用4MHz晶振；BDM调试单元由BDM接口和相关电容、电阻元件构成；复位单元包括上电复位、硬件复位和软件复位部分；上电复位部分采用芯片MC34064和相关元器件，MC34064管脚IN接工作电源VDDH，管脚串联电阻连到MPC555管脚当芯片上电或者欠电压工作时提供复位信号输入；硬件复位和软件复位分别通过复位按键开关连接芯片管脚来完成；配置单元包括定制开关和模式开关；定制开关电路通过拨片开关的设置，实现内部FLASH供电电压和擦写电压设置，系统复位时锁相环、复位配置允许位的配置；模式开关是通过在系统硬件复位时，设置拨片开关将设置值输入到MPC555数据总线上，从而实现系统部分功能配置；所述输入调理电路包括模拟量输入调理部分和数字量输入调理部分；所述模拟量输入调理部分外连温度、压力、流量传感器和电流传感器，所述数字量输入调理部分外连开关传感器；模拟量输入调理部分用于将传感器4～20mA电流输入转变成1～5V电压输入，其依次完成信号转换、电压跟随和滤波；数字量输入调理部分用于完成电气隔离和电平转换功能，通过电气隔离之后经开关管转换成0～5V电压信号；所述输出驱动电路包括模拟量输出驱动部分和数字量输出驱动部分；所述模拟量输出驱动部分外连流量计、指示仪表和风机，所述数字量输出驱动部分外连电磁阀、接触器和继电器；数字量输出部分用于输出隔离高速开关信号以驱动固体氧化物燃料电池系统的电磁阀、接触器和继电器工作；模拟量输出部分是D/A转换电路，用于将数字量输出转变成模拟量输出以驱动固体氧化物燃料电池系统的流量计、执行仪表、风机工作；稳压电源用于控制器工作电源，包括5V、3.3V和24V，其中5V和3.3V用于控制器主体电路供电，24V用于对运算放大器供电和驱动电磁阀。