基于ARM9和MPC56x的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)主控制器

隨著清潔能源需求的增加，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及其在汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越重要。燃料電池按電化學(xué)原理直接將等溫的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。由于不受熱機(jī)卡諾循環(huán)的限制，目前各類燃料電池實(shí)際的能量轉(zhuǎn)化率均可達(dá)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)

針對(duì)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的上述要求，清華大學(xué)和大連化學(xué)物理研究所合作，研制了分布式燃料電池控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)以燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)主控制器為核心，包括了2個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的獨(dú)立控制子系統(tǒng)，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)包括電堆控制器節(jié)點(diǎn)、增濕控制器節(jié)點(diǎn)、風(fēng)機(jī)控制器節(jié)點(diǎn)以及4個(gè)單片電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)等。加上燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的主控制器，整個(gè)控制系統(tǒng)共包括15個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)。這些控制器以主控制器為核心，形成了整車動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)間觸發(fā)控制器局域網(wǎng)絡(luò)（TTCAN）通信協(xié)議。

2 基于ARM+MPC561雙單片機(jī)的主控制器設(shè)計(jì)

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(jī)雙核處理器的模式，其中底層IO驅(qū)動(dòng)采用MPC56x單片機(jī)，而控制算法采用ARM9單片機(jī)。采用ARM9單片機(jī)進(jìn)行控制算法的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)ARM的主頻高、運(yùn)算速度快，最高主頻可以達(dá)到190 MHz，運(yùn)算速度可達(dá)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(kuò)展接口，不但能實(shí)現(xiàn)與MPC56x相同的SRAM擴(kuò)展，還擁有專門的SDRAM管理模塊，能進(jìn)行SDRAM擴(kuò)展，其容量可以輕易達(dá)到100 MB以上；