氢燃料动力电池控制器开发

作     者：王杰 

作者单位：沈阳理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：方存光

授予年度：2023年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：氢燃料 动力电池 控制器 热管理研究 

摘      要：氢燃料动力电池具有效率高、无污染、长续航等优点,逐渐应用于汽车领域。电池控制器主要实现对电堆状态的实时控制,其控制性能直接影响车辆的动力性与电池寿命。因此,对电池控制器与控制策略进行研究具有重要意义。本文研究内容如下:分析了氢燃料动力电池系统的整体结构与单电池输出特性,其中重点分析了氢气供给系统、空气供给系统、及电堆散热系统三大部分。对氢燃料动力电池系统的控制需求进行了分析,在此基础上,提出了以片上资源丰富、抗干扰能力强的32位STM32F103ZET6微处理器为核心的总体控制方案。并对电池系统中的空压机、冷却水泵等零部件进行了选型。建立了电池输出电压模型、进气模块数学模型、热管理系统数学模型等,分析了温度、压力等因素对电池输出的影响情况。完成了基于STM32F103ZET6微处理器的硬件电路设计。包括微处理器核心电路、电源电路、信息采集电路、PWM输出电路、霍尔传感器接口电路、保护电路、CAN通讯电路等,并对电路各参数进行了分析计算。设计并制作了控制器PCB,综合考虑了控制器的电磁兼容性需求。利用C语言与Keil5软件模块化设计的特点,完成了控制器主程序、初始化程序、基于DMA的ADC转化、中断处理、PWM输出、CAN通讯、故障处理、低温启动等模块的软件流程设计,结合流程图分析了相应的开发步骤。重点对电堆的热管理控制策略进行了研究与仿真,建立了电堆散热的动态模型,分析了散热系统PID与模糊PID控制对电堆温度的影响。最后,通过控制器基本功能测试,对控制器的软硬件基本功能与风扇温度控制方法进行验证测试。