基于ARM9和MPC56x的燃料電池發(fā)動機主控制器

隨著清潔能源需求的增加，燃料電池發(fā)動機及其在汽車動力系統(tǒng)中的應用越來越重要。燃料電池按電化學原理直接將等溫的化學能轉(zhuǎn)化為電能。由于不受熱機卡諾循環(huán)的限制，目前各類燃料電池實際的能量轉(zhuǎn)化率均可達40%～60%；燃料電池環(huán)境友好、工作安靜、噪聲很低。燃料電池發(fā)動機由空氣系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)、增濕系統(tǒng)和電堆等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 分布式燃料電池發(fā)動機控制系統(tǒng)

針對燃料電池發(fā)動機的上述要求，清華大學和大連化學物理研究所合作，研制了分布式燃料電池控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)以燃料電池發(fā)動機主控制器為核心，包括了2個發(fā)動機的獨立控制子系統(tǒng)，每個發(fā)動機控制系統(tǒng)包括電堆控制器節(jié)點、增濕控制器節(jié)點、風機控制器節(jié)點以及4個單片電壓測量節(jié)點等。加上燃料電池發(fā)動機的主控制器，整個控制系統(tǒng)共包括15個控制器節(jié)點。這些控制器以主控制器為核心，形成了整車動力系統(tǒng)時間觸發(fā)控制器局域網(wǎng)絡（TTCAN）通信協(xié)議。

2 基于ARM+MPC561雙單片機的主控制器設計

2.1 控制器硬件框架

控制器的硬件框架如圖2所示。該控制器采用MPC56x和AT91SAM9261S單片機雙核處理器的模式，其中底層IO驅(qū)動采用MPC56x單片機，而控制算法采用ARM9單片機。采用ARM9單片機進行控制算法的優(yōu)點是：

(1)ARM的主頻高、運算速度快，最高主頻可以達到190 MHz，運算速度可達210 MIPS，大大高于MPC56x的56 MHz；

(2)可以配套的內(nèi)存大，擁有豐富的內(nèi)存擴展接口，不但能實現(xiàn)與MPC56x相同的SRAM擴展，還擁有專門的SDRAM管理模塊，能進行SDRAM擴展，其容量可以輕易達到100 MB以上；