在燃料電池控制系統中，燃料電池系統控制器(Fuel-cellControlUnit簡稱FCU)負責接收整車的控制指令，協調燃料電池系統內的其他控制器和執行器工作，為車輛發出所需功率的電能。同時，FCU還具有實施監測的功能，它能監測傳感器狀態，實時診斷整個系統的故障，并在故障發生時及時“命令”系統做出反應，避免故障傷害電堆。所以，燃料電池系統控制器相當于整個系統控制的大腦，它對提升燃料電池經濟性、耐久性、動力性以及可靠性起著至關重要的作用。

燃料電池控制軟件的功能

燃料電池控制器豐富的功能源于其中強大的系統控制軟件，系統控制軟件事無巨細的對燃料電池進行控制與管理，主要包括：

氫氣系統控制：燃料電池的陽極氣體是氫氣，控制系統通過閉環調節算法，保障陽極在每個工況下都有足夠的供氫。

空氣系統控制：燃料電池的陰極氣體是空氣，燃料電池的正常運行需要足夠的空氣壓力與空氣流量，燃料電池控制軟件通過閉環解耦算法，保障正常運行所需的壓力和流量。

水熱系統控制：燃料電池不同工況的運行需要不同的溫度，溫度過低影響催化劑活性，溫度過高影響電堆濕度。水熱系統通過水泵與節溫器的綜合調節，使得燃料一直工作在“舒適”的溫度。

輸出功率控制：不同的車況下，需要燃料電池輸出不同的功率，控制軟件通過功率閉環控制，使得燃料電池及時響應駕駛員對功率的需求，提高駕駛體驗。

系統通訊：燃料電池系統軟件通過CAN通訊，接收整車的命令，并把燃料電池系統內的信息及時反饋給整車。

故障診斷：燃料電池動力系統發生故障時，控制軟件需要通過模型與識別算法及時診斷發生哪種故障，并及時對故障進行處理，避免故障傷害燃料電池系統。

氫系統管理：燃料電池軟件控制氫氣從高壓氫瓶中可靠進入電堆

氫安全管理：氫安全對燃料電池動力系統至關重要，控制軟件每時每刻都在監控系統氫安全的各項壓力流量指標，并在氫泄露時及時關閉氫瓶閥，避免發生安全事故。

燃料電池控制系統軟件開發流程

燃料電池軟件承擔如此之多的重要功能，其開發過程需要規范的開發流程與嚴格的測試流程。捷氫燃料電池系統的軟件開發采用基于模型開發(ModelBasedDesign,MBD)的軟件開發方式，遵循V模式開發流程，同時使用ASPICE流程體系規定并約束軟件開發生命周期中的所有活動。軟件的開發過程包括需求收集與分析，到軟件架構設計與詳細開發，最終自動生成軟件代碼。而軟件開發的所有工作都對應有多層次靜態驗證、動態測試或驗證的方法，以保證軟件的功能和質量。

燃料電池控制的挑戰與發展方向

現有燃料電池控制器系統遵循“一個子功能一個控制器”：整個系統內除了FCU控制器，還有循環泵控制器，DCF控制器，空壓機控制器，水泵控制器，節溫器控制器，組合閥控制器，背壓閥控制器等等，硬件復雜度高，代碼冗余量大。為解決上述問題，近年來基于多核運算的域控制器技術開始取代原先分布式的眾多控制器。

就像PC電腦，使用強大的CPU處理絕大多數運算是成本與體積最優化的方案，域控制器的思路就是使用一個強大的多核芯片完成域內絕大部分運算而取消眾多的其他控制器，這樣可以達到成本和體積的優化，使得控制系統走向集成化，中心化(如下圖控制系統的演進路線所示)。使用域控制器對燃料電池系統內的控制器進行集成設計，可以提高軟硬件集成度，減小模塊數量，降低質量風險，減小系統體積重量，增強生產線柔性，并有效降低成本，是未來重要的發展趨勢。

對于燃料電池動力系統，硬件好像人的身體，控制軟件好像人的大腦。健壯的身體和聰明的大腦是一個人高效工作學習必不可少的兩大要素，穩定強大的硬件和可靠高效的軟件是燃料電池系統高性能工作的兩大支柱。對于每一代系統，硬件鎖定之后更改代價相對較大，控制軟件的更新正在成為捷氫燃料電池系統性能提升的重要動力源。

作者/呂家明、趙婧蕓

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