在深入科普了幾期氫燃料電池知識后，終于迎來了最需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的電控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)不僅是燃料電池能夠安全和可靠運(yùn)行的關(guān)鍵所在，更是提升系統(tǒng)效率、延長使用壽命以及實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能目標(biāo)的核心技術(shù)支撐。

電控系統(tǒng)的概念和工作原理

氫燃料電池的電控系統(tǒng)是對氫燃料電池的運(yùn)行進(jìn)行控制和管理的系統(tǒng)。它作為整個(gè)動力系統(tǒng)的核心大腦，不僅負(fù)責(zé)監(jiān)控電池堆的實(shí)時(shí)狀態(tài)，還精確調(diào)控著氫氣的供給與空氣的吸入比例，確保化學(xué)反應(yīng)在最優(yōu)條件下進(jìn)行。這一系統(tǒng)集成了先進(jìn)的傳感器技術(shù)、高速數(shù)據(jù)處理能力以及智能控制算法，能夠迅速響應(yīng)外部環(huán)境變化和車輛行駛需求，實(shí)現(xiàn)能量的高效轉(zhuǎn)換與利用。

氫燃料電池的電控系統(tǒng)工作原理基于氫氣和氧氣通過電化學(xué)反應(yīng)生成電能。在陽極，氫氣在催化劑作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，釋放電子生成質(zhì)子；質(zhì)子通過電解質(zhì)膜遷移到陰極，與氧氣在催化劑作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成水。

電控系統(tǒng)的構(gòu)成

主控單元：作為整個(gè)電控系統(tǒng)的“大腦”，其重要性不言而喻。它不僅負(fù)責(zé)接收并處理來自車輛或應(yīng)用設(shè)備的控制指令，還時(shí)刻監(jiān)測著遍布于燃料電池系統(tǒng)各處的傳感器數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)如同細(xì)流匯聚成河，為主控單元提供了豐富的信息源，使其能夠運(yùn)用先進(jìn)的控制算法，對系統(tǒng)進(jìn)行精確無誤的調(diào)控。在這個(gè)過程中，主控單元展現(xiàn)出了高度的智能化和自主性，確保了燃料電池系統(tǒng)能夠在各種復(fù)雜工況下保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

傳感器網(wǎng)絡(luò)：是氫燃料電池電控系統(tǒng)的“感官系統(tǒng)”。它包含了溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器等多種類型的傳感器，這些傳感器如同分布在系統(tǒng)各處的“哨兵”，時(shí)刻監(jiān)測著燃料電池系統(tǒng)各部件的狀態(tài)參數(shù)。這些參數(shù)不僅反映了系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，還隱藏著潛在的問題和隱患。通過對這些參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)告給主控單元，為系統(tǒng)的故障診斷和預(yù)防性維護(hù)提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

執(zhí)行器：則是氫燃料電池電控系統(tǒng)的“手臂”。它們根據(jù)主控單元的控制指令，精準(zhǔn)地執(zhí)行相應(yīng)的動作。例如，氫氣循環(huán)泵負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)氫氣的流動速度和壓力，空氣壓縮機(jī)則負(fù)責(zé)為燃料電池提供足夠的氧氣。這些執(zhí)行器在運(yùn)行過程中需要保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，以確保燃料電池系統(tǒng)能夠持續(xù)、高效地運(yùn)行。同時(shí)，它們還需要具備一定的響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)精度，以滿足系統(tǒng)在不同工況下的需求。

通信接口：是氫燃料電池電控系統(tǒng)與車輛或其他應(yīng)用設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信的“橋梁”。它采用了先進(jìn)的通信技術(shù)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，確保了數(shù)據(jù)在傳輸過程中的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和安全性。通過通信接口，電控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)接收來自車輛或應(yīng)用設(shè)備的控制指令和狀態(tài)信息，并將自身的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息反饋給這些設(shè)備。這種雙向的信息交流為系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷和預(yù)防性維護(hù)提供了便利條件。

電源管理單元：則是氫燃料電池電控系統(tǒng)的“能量守護(hù)者”。它負(fù)責(zé)燃料電池系統(tǒng)的電源分配和管理工作，確保各部件在運(yùn)行過程中能夠獲得穩(wěn)定、可靠的電力供應(yīng)。同時(shí)，電源管理單元還具備一定的能量回收和再利用功能，可以將系統(tǒng)在制動或減速過程中產(chǎn)生的多余能量回收并儲存起來，以備后續(xù)使用。這種設(shè)計(jì)不僅提高了系統(tǒng)的能量利用效率，還降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本和維護(hù)成本。

電控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

燃料電池電控系統(tǒng)不僅集成了先進(jìn)的傳感器技術(shù)、算法優(yōu)化以及通信接口，實(shí)現(xiàn)了對燃料電池堆的全方位精準(zhǔn)調(diào)控，還融入了智能診斷與故障預(yù)測功能，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

高度集成化：氫燃料電池電控系統(tǒng)采用了高度集成化的設(shè)計(jì)思想，將多個(gè)控制單元和傳感器集成在一起形成了一個(gè)緊湊而高效的系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)不僅減少了系統(tǒng)的體積和重量，還提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，高度集成化還使得系統(tǒng)的安裝和維護(hù)變得更加簡單和方便。

高精度控制：通過先進(jìn)的控制算法和傳感器技術(shù)，氫燃料電池電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對燃料電池系統(tǒng)各部件的精確控制。這種高精度控制不僅提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，還減少了能源的浪費(fèi)和排放物的產(chǎn)生。同時(shí)，高精度控制還有助于延長系統(tǒng)的使用壽命和降低運(yùn)行成本。

實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障診斷：氫燃料電池電控系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障診斷功能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理系統(tǒng)中的故障問題。這種功能對于保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行和減少故障損失具有重要意義。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，我們可以提前發(fā)現(xiàn)潛在的問題和隱患，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行預(yù)防和修復(fù)。這樣可以有效避免故障擴(kuò)大和造成更大的損失。

高可靠性：氫燃料電池電控系統(tǒng)采用了冗余設(shè)計(jì)和容錯(cuò)技術(shù)來確保其高可靠性。在部分部件出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)仍然能夠繼續(xù)運(yùn)行并滿足基本的性能要求。這種高可靠性不僅保障了系統(tǒng)的安全運(yùn)行和穩(wěn)定運(yùn)行，還提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。

提升系統(tǒng)效率：通過精確控制燃料電池系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)以及優(yōu)化能源分配策略，氫燃料電池電控系統(tǒng)能夠顯著提升系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率和運(yùn)行效率。這種高效能運(yùn)行不僅有助于降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本和維護(hù)成本，還有助于減少對環(huán)境的污染和破壞。同時(shí)，高效能運(yùn)行還有助于提高車輛的續(xù)航里程和加速性能等性能指標(biāo)。

延長使用壽命：實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障診斷功能使得氫燃料電池電控系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理系統(tǒng)中的潛在問題。這種預(yù)防性維護(hù)方式有助于減少故障對系統(tǒng)壽命的影響并延長系統(tǒng)的使用壽命。同時(shí)，高度集成化和高精度控制也有助于降低系統(tǒng)的磨損和老化速度并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

降低運(yùn)行成本：高效、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)以及低故障率使得氫燃料電池電控系統(tǒng)能夠降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本和維護(hù)成本。同時(shí)，隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化生產(chǎn)成本的降低以及政策扶持力度的加大等因素的推動下，氫燃料電池電控系統(tǒng)的成本也有望進(jìn)一步降低并推動其更廣泛的應(yīng)用和推廣。

環(huán)保節(jié)能：氫燃料電池系統(tǒng)的排放物只有水，對環(huán)境無污染且符合環(huán)保節(jié)能的發(fā)展趨勢。這使得氫燃料電池電控系統(tǒng)成為綠色出行和可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)手段之一。同時(shí)，隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的重視程度不斷提高以及政策引導(dǎo)和支持力度的加大等因素的推動下，氫燃料電池電控系統(tǒng)的應(yīng)用前景也將更加廣闊和光明。

電控系統(tǒng)的缺點(diǎn)

電控系統(tǒng)的缺點(diǎn)主要包括可靠性問題、維護(hù)成本高、擴(kuò)展性差、靈活性受限以及工作頻率低。

可靠性問題：電控系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線多，觸點(diǎn)開閉時(shí)存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等現(xiàn)象，觸點(diǎn)壽命短，導(dǎo)致可靠性和可維護(hù)性較差。

維護(hù)成本高：由于電控系統(tǒng)的機(jī)械部件容易受到磨損和老化的影響，需要定期進(jìn)行維護(hù)和更換，增加了系統(tǒng)的維護(hù)成本。由于電控系統(tǒng)集成了多個(gè)高精度傳感器和控制器以及采用先進(jìn)的控制算法和技術(shù)等因素導(dǎo)致系統(tǒng)的成本較高。這是目前制約氫燃料電池電控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用和推廣的主要因素之一。

擴(kuò)展性差：電控系統(tǒng)的控制邏輯通常是硬連線固定的，不易調(diào)整和修改。在繼電器控制系統(tǒng)中，擴(kuò)展性相對較差，需要重新布線和更換繼電器以實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。

靈活性受限：電控系統(tǒng)的靈活性受到限制，因?yàn)槔^電器的觸點(diǎn)數(shù)量有限，以及控制邏輯采用硬件接線的方式，使得系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性受到很大限制。

工作頻率低：電控系統(tǒng)的工作頻率較低，觸點(diǎn)的開關(guān)動作一般在幾十毫秒數(shù)量級，且機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動問題，這影響了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度。

技術(shù)門檻高：電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)需要較高的技術(shù)水平和專業(yè)知識對研發(fā)人員的素質(zhì)要求較高。這也是制約氫燃料電池電控系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要因素之一。為了解決這個(gè)問題并推動氫燃料電池電控系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用推廣我們需要加強(qiáng)人才培養(yǎng)和引進(jìn)工作以提高整個(gè)行業(yè)的技術(shù)水平和創(chuàng)新能力；同時(shí)還需要加強(qiáng)國際合作和交流以借鑒和引進(jìn)國際先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)等。

電控系統(tǒng)如何選擇

在選擇氫燃料電池電控系統(tǒng)時(shí)首先需要根據(jù)車輛或應(yīng)用設(shè)備的實(shí)際需求來選擇合適的電控系統(tǒng)配置和性能參數(shù)。這需要我們充分了解車輛或應(yīng)用設(shè)備的運(yùn)行工況和使用環(huán)境以及其對電控系統(tǒng)的具體要求和期望等；同時(shí)還需要結(jié)合市場需求和用戶反饋等因素進(jìn)行綜合考慮以制定量身定制的解決方案來滿足客戶的需求和期望等。

可靠性是選擇氫燃料電池電控系統(tǒng)時(shí)需要考慮的重要因素之一。需要選擇具有高可靠性和穩(wěn)定性的電控系統(tǒng)以確保其能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行并滿足客戶的需求和期望等。在評估電控系統(tǒng)的可靠性時(shí)我們可以關(guān)注其歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障記錄等信息；同時(shí)還可以考慮采用冗余設(shè)計(jì)和容錯(cuò)技術(shù)等方式來提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性等。

在選擇氫燃料電池電控系統(tǒng)時(shí)我們還需要綜合考慮其成本、性能和使用壽命等因素以選擇性價(jià)比最優(yōu)的產(chǎn)品。這需要結(jié)合市場需求和用戶反饋等因素進(jìn)行綜合考慮并制定出合理的預(yù)算和采購計(jì)劃等；同時(shí)還需要關(guān)注產(chǎn)品的價(jià)格走勢和售后服務(wù)等因素以確保能夠選擇到價(jià)格合理且服務(wù)質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品等。

技術(shù)支持是選擇氫燃料電池電控系統(tǒng)時(shí)需要考慮的另一個(gè)重要因素之一。我們需要選擇具有完善技術(shù)支持和售后服務(wù)的廠家或品牌以確保在使用過程中能夠獲得及時(shí)的技術(shù)支持和幫助等。在選擇技術(shù)支持和售后服務(wù)時(shí)我們可以關(guān)注廠家的技術(shù)實(shí)力和服務(wù)水平等信息；同時(shí)還可以考慮與廠家建立長期合作關(guān)系以獲得更加全面和深入的技術(shù)支持和服務(wù)等。

電控系統(tǒng)發(fā)展趨勢

改善燃料電池控制策略離不開氫燃料電池控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)一般由燃料電池發(fā)動機(jī)控制器、氫氣循環(huán)泵控制器、空壓機(jī)控制器、水泵控制器和燃料電池DC/DC控制器等幾大部分組成。 從目前業(yè)內(nèi)的開發(fā)現(xiàn)狀來看，燃料電池電控系統(tǒng)的提升主要聚焦在大功率、低成本、高可靠性、功能安全和長壽命這幾個(gè)方面。 

在大功率方面，以氫燃料電池DC/DC為例，目前已經(jīng)推出的燃料電池系統(tǒng)的峰值功率需求已經(jīng)超過180kW，未來的需求甚至達(dá)到300kW，適配更大功率已是大勢所趨。 

在低成本方面，控制器這款產(chǎn)品相對成熟，影響成本的因素主要是用量。目前由于氫燃料電池的市場應(yīng)用有限，與之相關(guān)的電控產(chǎn)品還沒有大規(guī)模的應(yīng)用，關(guān)鍵零部件的價(jià)格也居高不下，另外一方面就是電控產(chǎn)品比較分散，器件和線束的冗余在一定程度上增加了系統(tǒng)成本。 

在高可靠性方面，燃料電池商用車工作環(huán)境惡劣、維修成本較高，對電控產(chǎn)品的可靠性有較高的要求，因此在驗(yàn)證環(huán)節(jié)需要做較長時(shí)間的耐久性（高原、高寒、高溫等）測試。 

在功能安全方面，氫燃料電池控制器所要求的功能安全目標(biāo)要達(dá)到ASILB及以上等級，以FCU為例，電堆的溫度高可以提高效率，但必須控制在一定的區(qū)間內(nèi)，但是過高的溫度和壓差會損害質(zhì)子交換膜。 

在長壽命方面，燃料電池系統(tǒng)預(yù)期的壽命超過2萬小時(shí)，全壽命運(yùn)行期間參數(shù)會發(fā)生比較大的變化，并且在不同的使用環(huán)境下也存在明顯的差異，因此，控制系統(tǒng)需要對燃料電池單元內(nèi)部的狀態(tài)進(jìn)行有效的識別和計(jì)算。多個(gè)控制器的疊加在增加體積的同時(shí)，也提升了成本。為了應(yīng)對以上挑戰(zhàn)，業(yè)內(nèi)部分頭部燃料電池企業(yè)給出的應(yīng)對策略是化繁為簡，通過多合一集成控制器降低成本，以減少主控芯片、外圍電路、控制器之間的線束以及軟件部分的開發(fā)和維護(hù)成本。 

電控系統(tǒng)相關(guān)企業(yè) 

 國氫科技：

國家電投集團(tuán)氫能科技發(fā)展有限公司簡稱：國氫科技，于2017年5月注冊成立，位于北京市昌平區(qū)未來科學(xué)城南區(qū)國家電投集團(tuán)創(chuàng)新基地，是由國家電投批準(zhǔn)成立的氫能產(chǎn)業(yè)科技型企業(yè)。國家電力投資集團(tuán)有限公司在氫燃料電池開發(fā)領(lǐng)域獲重大突破，完成了相關(guān)催化劑、擴(kuò)散層、膜電極、雙極板、電堆組裝、系統(tǒng)控制、空壓機(jī)等系統(tǒng)設(shè)備自主研發(fā)，在實(shí)現(xiàn)燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈完全自主化的同時(shí)，部分性能指標(biāo)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。  

全柴動力：

2020年12月全柴集團(tuán)發(fā)布定增預(yù)案，新增氫燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品。公司積極開展氫燃料電池核心零部件及系統(tǒng)模塊的自主研發(fā)，圍繞材料、工藝、結(jié)構(gòu)、控制等幾大方面進(jìn)行研究，形成自主完整的生產(chǎn)路線和制備工藝。相比于進(jìn)口產(chǎn)品，項(xiàng)目擁有較大的價(jià)格優(yōu)勢和發(fā)展空間。公司在氫燃料電池智能制造建設(shè)項(xiàng)目中投資1.36億元，在燃料電池核心零部件質(zhì)子交換膜、膜電極領(lǐng)域，目前已初步具備批量化生產(chǎn)的前提條件，非公開發(fā)行完成后，可以加速氫燃料電池核心零部件及系統(tǒng)模塊的研發(fā)、量產(chǎn)進(jìn)度。 

億華通 ：

億華通是中國領(lǐng)先的燃料電池系統(tǒng)制造商，擁有設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造燃料電池系統(tǒng)包括核心零部件燃料電池電堆的能力，產(chǎn)品主要面向商用應(yīng)用(如客車和貨車)。

未勢能源：

未勢能源科技有限公司致力于推動人類能源低碳可持續(xù)發(fā)展，主要從事氫燃料電池產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)及銷售，主要產(chǎn)品涵蓋燃料電池發(fā)動機(jī)、電堆、35MPa/70MPa車載氫系統(tǒng)、瓶閥及減壓閥等。

東方電氣：

東方電氣（成都）氫燃料電池科技有限公司是東方電氣集團(tuán)氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心平臺。公司致力于成為世界一流的燃料電池供應(yīng)商和服務(wù)商，竭誠為客戶提供氫能利用整體解決方案及燃料電池相關(guān)的核心設(shè)備和一流服務(wù)。

雄韜氫雄:

雄韜氫雄是專注于氫燃料電池發(fā)動機(jī)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的國家級高新技術(shù)企業(yè)，通過自主研發(fā)的氫燃料電池發(fā)動機(jī)產(chǎn)品應(yīng)用范圍覆蓋：客車、物流車、乘用車、有軌電車、叉車、船舶等。

素材來源：氫燃料電池小課堂等