摘 要

随着当今社会的飞速发展，传统能源燃烧带来的环境污染问题不容忽视。因此，燃料电池逐渐走进人们的视野成为了解决污染问题的一个好出路。本文以电动汽车的研究为背景，开展了50KW燃料电池发动机控制系统的研究。以TMS320F28335 DSP微处理器为核心，对结构进行分析，根据系统要达到的功能，完成的技术指标。采用CAN总线通信建立合理的控制策略和智能控制算法。设计燃料电池发动机驱动控制单元硬件电路;执行驱动控制单元硬件电路的总体设计。

了解了燃料电池控制系统硬件电路的基本原理;以 DSP处理器为核心，开展了信号采集系统，包括完成16路电流/电压采集电路设计；16路 D/I信号采集电路设计；同时开展了驱动电路，包括16路电流/电压输出驱动电路设计；4路PWM/脉冲输出驱动电路设计。同时建立了CAN通信单元，看门狗设计，系统抗干扰设计。实现燃料电池发电机控制系统硬件电路总体方案设计。

本文建立了以DSP28335为核心的燃料电池发电机硬件控制系统，完成了电路设计，元件连接，并对压力采样电路进行仿真，得到了仿真结果并对仿真结果进行分析。

关键词：氢 燃料电池发动机，DSP28335，硬件控制系统

Abstract

As China’s gross national product grows, cars have become a necessity for every family. In order to supply such a huge amount of automotive energy, the contradiction between the supply and demand of traditional automotive fuels such as oil and gasoline has become more prominent. At the same time, the problem of environmental pollution brought about by the burning of traditional energy cannot be ignored. Therefore, fuel cells have become a good way for people to solve the above problems. Fuel cell electric vehicles have gradually entered the field of vision. This paper takes the research of electric vehicles as the background, takes the fuel cell electric vehicle as the research object, and carries out the research of 50KW fuel cell engine control system. Taking TMS320LF2407 as the core, using CAN bus optical fiber communication to establish reasonable control strategy and intelligent control algorithm. Design the fuel cell engine drive control unit hardware circuit; perform the overall design of the drive control unit hardware circuit.

The main research results are as follows:

Mastered the basic principles of the hardware circuit of the fuel cell engine drive control unit; took the DSP machine as the core, completed the multi-channel digital/digital output drive circuit design, multi-channel D / A analog output drive circuit design, multi-PWM / pulse output drive circuit design , CAN communication unit hardware design, etc.

Based on the functional requirements that fuel cell engines need to realize in electric vehicles, the overall structure of fuel cell engines is discussed. Based on the TMS320LF2407 DSP, the hardware system design and development of the fuel cell engine control system is realized. Complete the design and development of hardware platforms and interface modules, so that the hardware platform has a high anti-jamming capability and can handle external interference

Key words: electric vehicle, fuel cell engine, control system, control algorithms

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

目 录 4

第1章 概述 6

1.1引言 6

1.2国内外发展现状 7

1.3课题研究的意义及来源 9

1.3.1课题研究的意义 10

1.4主要研究内容 10

第2章 燃料电池发动机系统组成及控制系统方案设计 11

2.1燃料电池概述 11

2.1.1燃料电池工作原理 11

2.1.2燃料电池分类 12

2.1.3 PEM燃料电池特点 12

2.2 燃料电池电动汽车的组成 14

2.3燃料电池发动机系统的组成 15

2.3.1 氢气供给系统 16

2.3.2空气供给系统 17

2.3.3冷却水循环管理系统 18

2.3.4电功率测量系统 19

2.3.5报警系统 19

2.3.6通讯系统 20

2.4燃料电池发动机控制系统方案设计 21

第3章 燃料电池发动机输入输出设计 22

3.1硬件总体设计 22

3.2主控芯片的选择 23

3.3 压力采样电路 23

3.4电流采样电路 24

3.5电压采样电路 25

3.6 开关量采集 27

3.7电流电压型驱动 28

3.8 D/A输出模块 28

3.9 PWM接口模块 29

3.10 SCI接口模块 30

3.11 CAN接口模块 32

3.12供电系统设计 33

3.13看门狗电路的设计 34

3.14系统抗干扰设计 35

第4章 部分系统仿真及分析 37

4.1系统仿真分析 37

4.2 仿真电路 38

第5章 全文工作总结与展望 39

5.1全文工作总结 39

5.2展望 40

参考文献 41

致 谢 43

第1章 概述

1.1引言

中国作为煤炭存储和使用的大国，但是又同时是天然气、室友存储的“小国”，中国每年需要进口大量石油和天然气。加强资源的分发，降低其他能源的比例。根据“中国环境状况公报”，北方和南方主要城市的许多城市的平均SO2浓度值远远超过国家二级标准。新兴制造业和传统手工业等领域也有不断增长的对石油天然气的要求。由于石油和天然气迅速枯竭，中国现在是世界二氧化硫排名的领导者。同时，近年来刚刚进入公众视线的“烟雾”对环境的影响更为重要，而烟雾中颗粒污染物的主要来源之一就是汽车尾气。其中，使用柴油（如巴士）的大型车辆是散发微粒的“重罪”。因此可以看出，目前中国的环境形势非常严峻，国家迫切需要人民生存的亟需提高能源和重新安排环境，以改善环境质量。自2012年以来，国家颁布了相关政策与法规，新能源纯电动汽车将明确界定为十大战略性新兴产业和汽车产业的战略性战略方向。通过早期孵化器对新能源汽车的示范推广，2015年中国新能源汽车的爆发式发展与新能源汽车模式全面展开。2016年，中国新能源汽车年销售量达50.7万辆，约占国际新能源汽车的一半，成为全球最大的新能源汽车市场。

氢氧燃料电池使用氢气作为还原剂和氧气作为氧化剂。当氢氧燃料电池正在运行时，氢气被提供给氢电极并且氧气被提供给氧电极。在电极上的催化剂的作用下，电解质产生氢气和氧气。此时，在负电荷的氢电极上存在过量的电子，并且由于缺乏电子，氧电极带正电。电路接通后，可以连续进行与燃烧类似的反应过程。