[发明专利]用于固体氧化物燃料电池系统的控制器

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，更精确地说，它属于固体氧化物燃料电池系统控制技术领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）系统是主要以氢气为燃料通过电化学反应直接将化学能转化为电能的一种发电系统，其具有高发电效率、安静无噪音、环境友好低排放的优点，是21世纪最具前景的绿色发电系统。最近十几年，国际上许多发达国家，如美国、德国、日本投入了大量的资金及人力致力于SOFC系统的开发，推动了SOFC技术的发展，目标在于实现商业产品化。然而SOFC系统其自身薄而脆、造价成本高、工作条件要求苛刻、及各子系统相互强耦合等一系列特点，使得其商业产品化依然存在诸多待解决问题，处于尚不成熟阶段。

SOFC系统包括电堆单元、空气供给单元、燃料供给单元、尾气回收单元、电管理等功能单元，对系统各功能单元进行综合管理与协调控制是实现SOFC系统安全、稳定、高效工作的关键因素。而这一过程离不开控制器硬件的支持，稳定可靠的控制器对于固体氧化物燃料电池系统的集成与控制具有重要作用。

PowerPC555是Motorola公司推出的一种精简指令集(RISC)32位单片机，该单片机集成26K的RAM、448K的Flash ROM存储器和诸如QADC、CAN、MIOS、TPU等功能模块。

目前市场已有的基于PowerPC555单片机的硬件都是通用的控制板，结构通用化、针对性不强，并且缺乏完整的输入输出外围接口，难以满足SOFC系统控制算法复杂、输入输出形式多样的实际需求。而现有的基于燃料电池的控制器多是针对汽车燃料电池等低温燃料电池系统设计的，固体氧化物燃料电池系统从工作机理、输入输出特性、控制要求等方面都与其他燃料电池系统有较大不同，因而现有燃料电池控制器也难以胜任SOFC系统控制任务要求。

发明内容

本发明针对SOFC系统控制任务复杂的特点，提供了一种功能完备的固体氧化物燃料电池系统控制器，该硬件可以作为固体氧化物燃料电池系统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。

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；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。

进一步地，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。

进一步地，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，他们通过数据总线、地址总线和控制总线相连。

进一步地，所述单片机采用PowerPC555单片机为处理器。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，所述的稳压电源电路输出电压包括24V、5V和3.3V。

本发明的技术效果体现在：

本发明控制器处理能力强，与传感器、执行器连接方便，电磁兼容好,扩展性好，作为SOFC系统功能单元子控制器使用系统控制结构清晰，满足SOFC系统发展的需求。

附图说明

图1是固体氧化物燃料电池控制系统结构框图；

图2是控制器的结构框图；

图3是数字核心电路原理图；

图4是通讯接口部分原理图；

图5是输入调理部分原理图，其中图5A为模拟量输入部分，图5B为数字量输入部分；

图6是输出驱动部分原理图，其中图6A为数字量输出部分，图6B为模拟量输出部分；

图7是稳压电源部分原理图。

具体实施方式