燃料電池轎車水冷卻監控系統的實現
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1.引言

燃料電池轎車是以氫為能源的新一代新能源轎車。由于其本身的工作原理與功能結構決定了它有功率較大的發熱部件。為了保證燃料電池轎車能夠持久、穩定、可靠的工作，必須對發熱部件進行冷卻。為了達到最佳的冷卻效果和最低的能源消耗，我們設計了水冷卻監控系統，其基本實現思路也可應用于傳統轎車。

燃料電池轎車水冷卻監控系統其工作原理如下：通過溫度傳感器和壓力傳感器對冷卻水溫度和壓力進行定時采樣，進行相應的信號調理獲取當前時刻下的冷卻水溫度和壓力，經過AD轉換輸入微控制器，隨著溫度的變化，微控制器對風扇和水泵進行調速，控制冷卻水溫度在設定范圍內。同時，作為整車CAN網絡的一個節點，本系統通過CAN總線將當前的冷卻水溫度和壓力以及系統狀態值上傳給整車控制器，并接受來自整車控制器的控制指令。

此外，為了便于實車調試，本系統實現了CCP標定協議（CANCalibrationProtocol），能夠借助整車CAN網絡完成在線的參數標定和在線編程，這大大簡化了參數的標定過程和匹配工作，也為整個網絡中其他車載控制器的實車調試提供了解決方案，具有很高的實用性和現實意義。

本系統采用的是摩托羅拉公司的MC68HC908GZ16微控制器，該微控制器尺寸小，資源齊全，具有很高的價格性能比。

2.設計概述

本系統主要實現兩大功能：其一，對水冷卻系統進行監測和控制的功能，來實現最佳的冷卻效果和最低的能源消耗；其二，利用CAN網絡實現對微控制器的在線參數標定與在線編程功能，減輕實車調試的標定匹配工作。

對水冷卻監控功能的實現是：通過兩路溫度傳感器和一路壓力傳感器來獲取當前狀況下的冷卻水溫度和壓力，經過AD轉換輸入微控制器，微控制器通過一定的控制算法輸出信號給電機驅動芯片以及水泵變頻器，從而控制四個冷卻風扇的轉速以及一個冷卻水泵的啟停和轉速，并通過CAN與整車控制器數據進行通訊，以達到最佳的冷卻效果和最低的能源消耗：

實現在線參數標定與在線編程功能是：通過在微控制器與PC機兩側實現CCP標定協議，微控制器（MC68HC908GZ16）硬件接口使用其自帶的MSCAN模塊，在軟件上加入CCP驅動程序；PC機硬件接口使用SYSTEC公司的USB-CAN卡，并在Matlab軟件平臺上自主開發基于CCP協議的測量標定診斷工具（MCD：MeasurementCalibrationDevice），實現在線標定與在線編程。

整個系統功能框圖如圖1所示。
圖1系統功能框圖3.硬件描述

硬件電路是以MC68HC908GZ16微控制器為核心，并配以傳感器信號調理電路，執行器驅動電路以及CAN通訊電路。

微控制器

由于整個水冷卻監控系統是一個比較完整的閉環控制系統，系統小但功能全，因此采用摩托羅拉公司的MC68HC908GZ168位微控制器。該控制器資源齊全，尺寸小，適合整個水冷卻監控系統的功能要求以及汽車的運行環境。其主要資源包括：一個CAN模塊、一個SPI模塊、一個ESCI模塊、兩個雙通道16位定時器接口模塊、8路10位AD通道、一個基本時鐘模塊、37個通用輸入輸出管腳、8位鍵盤喚醒端口。并且該控制器采用PLL鎖相環技術，能夠產生最高8M的總線頻率。

根據整個系統需要用到以下資源：一個CAN控制器模塊、兩個定時器接口模塊、四路AD通道、一個基本時鐘模塊、PLL鎖相環模塊以及若干通用IO輸入輸出口。

微控制器各模塊使用情況如下表1所示：表1MC68HC908GZ16模塊使用情況
微控制器各端口定義如下表2所示：表2MC68HC908GZ16端口定義
MC68HC908GZ16可尋址64KB地址空間，其中包括：15872字節的閃速存儲器Flash，1024字節的隨機存儲器RAM，406字節的Flash編程例程ROM，44字節的用戶定義矢量區以及350字節的監控ROM。存儲器的具體分配如下表3所示：表3MC68HC908GZ16存儲器分配情況
綜上所述，MC68HC908GZ16微控制器資源較為豐富，可以滿足水冷卻監控系統的要求，價格比較便宜，具有高的價格性能比。

傳感器

溫度傳感器采集當前時刻的冷卻水溫度，選用Honeywell公司的TD系列溫度傳感器。信號調理電路對信號進行適當放大，并且能夠檢測溫度傳感器的斷路和短路故障。

壓力傳感器采集當前時刻的冷卻水壓力。當壓力過高指示水路阻塞故障；壓力過低指示水路泄漏故障。選用Huba公司的511OEM壓力傳感器，電源8～33V，輸出4～20mA。采用12V電源，并串連240歐采樣電阻，使輸出0.96～4.8V電壓。