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強調的電控系統。這一系統不僅是燃料電池能夠安全和可靠運行的關鍵所在，更是提升系統效率、延長使用壽命以及實現環保節能目標的核心技術支撐。

電控系統的概念和工作原理

氫燃料電池的電控系統是對氫燃料電池的運行進行控制和管理的系統。它作為整個動力系統的核心大腦，不僅負責監控電池堆的實時狀態，還精確調控著氫氣的供給與空氣的吸入比例，確保化學反應在最優條件下進行。這一系統集成了先進的傳感器技術、高速數據處理能力以及智能控制算法，能夠迅速響應外部環境變化和車輛行駛需求，實現能量的高效轉換與利用。

氫燃料電池的電控系統工作原理基于氫氣和氧氣通過電化學反應生成電能。在陽極，氫氣在催化劑作用下發生電化學反應，釋放電子生成質子；質子通過電解質膜遷移到陰極，與氧氣在催化劑作用下發生電化學反應，生成水。

電控系統的構成

主控單元：作為整個電控系統的“大腦”，其重要性不言而喻。它不僅負責接收并處理來自車輛或應用設備的控制指令，還時刻監測著遍布于燃料電池系統各處的傳感器數據。這些數據如同細流匯聚成河，為主控單元提供了豐富的信息源，使其能夠運用先進的控制算法，對系統進行精確無誤的調控。在這個過程中，主控單元展現出了高度的智能化和自主性，確保了燃料電池系統能夠在各種復雜工況下保持最佳的運行狀態。

傳感器網絡：是氫燃料電池電控系統的“感官系統”。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各處的“哨兵”，時刻監測著燃料電池系統各部件的狀態參數。這些參數不僅反映了系統的運行狀況，還隱藏著潛在的問題和隱患。通過對這些參數的實時監測和分析，傳感器網絡能夠及時發現并報告給主控單元，為系統的故障診斷和預防性維護提供了重要的數據支持。

執行器：則是氫燃料電池電控系統的“手臂”。它們根據主控單元的控制指令，精準地執行相應的動作。例如，氫氣循環泵負責調節氫氣的流動速度和壓力，空氣壓縮機則負責為燃料電池提供足夠的氧氣。這些執行器在運行過程中需要保持高度的穩定性和可靠性，以確保燃料電池系統能夠持續、高效地運行。同時，它們還需要具備一定的響應速度和調節精度，以滿足系統在不同工況下的需求。

通信接口：是氫燃料電池電控系統與車輛或其他應用設備進行數據交換和通信的“橋梁”。它采用了先進的通信技術和協議標準，確保了數據在傳輸過程中的準確性、實時性和安全性。通過通信接口，電控系統可以實時接收來自車輛或應用設備的控制指令和狀態信息，并將自身的運行狀態和故障信息反饋給這些設備。這種雙向的信息交流為系統的遠程監控、故障診斷和預防性維護提供了便利條件。

電源管理單元：則是氫燃料電池電控系統的“能量守護者”。它負責燃料電池系統的電源分配和管理工作，確保各部件在運行過程中能夠獲得穩定、可靠的電力供應。同時，電源管理單元還具備一定的能量回收和再利用功能，可以將系統在制動或減速過程中產生的多余能量回收并儲存起來，以備后續使用。這種設計不僅提高了系統的能量利用效率，還降低了系統的運行成本和維護成本。

電控系統的優點

燃料電池電控系統不僅集成了先進的傳感器技術、算法優化以及通信接口，實現了對燃料電池堆的全方位精準調控，還融入了智能診斷與故障預測功能，為系統的穩定運行保駕護航。

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

高精度控制：通過先進的控制算法和傳感器技術，氫燃料電池電控系統實現了對燃料電池系統各部件的精確控制。這種高精度控制不僅提高了系統的運行效率和穩定性，還減少了能源的浪費和排放物的產生。同時，高精度控制還有助于延長系統的使用壽命和降低運行成本。

實時監測與故障診斷：氫燃料電池電控系統具備實時監測和故障診斷功能，能夠及時發現并處理系統中的故障問題。這種功能對于保障系統的安全運行和減少故障損失具有重要意義。通過實時監測和故障診斷技術，我們可以提前發現潛在的問題和隱患，并采取相應的措施進行預防和修復。這樣可以有效避免故障擴大和造成更大的損失。

高可靠性：氫燃料電池電控系統采用了冗余設計和容錯技術來確保其高可靠性。在部分部件出現故障時，系統仍然能夠繼續運行并滿足基本的性能要求。這種高可靠性不僅保障了系統的安全運行和穩定運行，還提高了系統的可維護性和可擴展性。

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

延長使用壽命：實時監測和故障診斷功能使得氫燃料電池電控系統能夠及時發現并處理系統中的潛在問題。這種預防性維護方式有助于減少故障對系統壽命的影響并延長系統的使用壽命。同時，高度集成化和高精度控制也有助于降低系統的磨損和老化速度并提高系統的穩定性和可靠性。

降低運行成本：高效、穩定的運行狀態以及低故障率使得氫燃料電池電控系統能夠降低系統的運行成本和維護成本。同時，隨著技術進步和規模化生產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的成本也有望進一步降低并推動其更廣泛的應用和推廣。

環保節能：氫燃料電池系統的排放物只有水，對環境無污染且符合環保節能的發展趨勢。這使得氫燃料電池電控系統成為綠色出行和可持續發展的重要技術手段之一。同時，隨著全球對環境保護和可持續發展的重視程度不斷提高以及政策引導和支持力度的加大等因素的推動下，氫燃料電池電控系統的應用前景也將更加廣闊和光明。

電控系統的缺點

電控系統的缺點主要包括可靠性問題、維護成本高、擴展性差、靈活性受限以及工作頻率低。

可靠性問題：電控系統使用了大量的機械觸點，連線多，觸點開閉時存在機械磨損、電弧燒傷等現象，觸點壽命短，導致可靠性和可維護性較差。

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

擴展性差：電控系統的控制邏輯通常是硬連線固定的，不易調整和修改。在繼電器控制系統中，擴展性相對較差，需要重新布線和更換繼電器以實現功能擴展。

靈活性受限：電控系統的靈活性受到限制，因為繼電器的觸點數量有限，以及控制邏輯采用硬件接線的方式，使得系統的靈活性和可擴展性受到很大限制。

工作頻率低：電控系統的工作頻率較低，觸點的開關動作一般在幾十毫秒數量級，且機械觸點還會出現抖動問題，這影響了系統的響應速度和控制精度。

技術門檻高：電控系統的設計和開發需要較高的技術水平和專業知識對研發人員的素質要求較高。這也是制約氫燃料電池電控系統發展和應用的一個重要因素之一。為了解決這個問題并推動氫燃料電池電控系統的發展和應用推廣我們需要加強人才培養和引進工作以提高整個行業的技術水平和創新能力；同時還需要加強國際合作和交流以借鑒和引進國際先進技術和經驗等。

電控系統如何選擇

在選擇氫燃料電池電控系統時首先需要根據車輛或應用設備的實際需求來選擇合適的電控系統配置和性能參數。這需要我們充分了解車輛或應用設備的運行工況和使用環境以及其對電控系統的具體要求和期望等；同時還需要結合市場需求和用戶反饋等因素進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時需要考慮的重要因素之一。需要選擇具有高可靠性和穩定性的電控系統以確保其能夠長期穩定運行并滿足客戶的需求和期望等。在評估電控系統的可靠性時我們可以關注其歷史運行數據和故障記錄等信息；同時還可以考慮采用冗余設計和容錯技術等方式來提高系統的可靠性和穩定性等。

在選擇氫燃料電池電控系統時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比最優的產品。這需要結合市場需求和用戶反饋等因素進行綜合考慮并制定出合理的預算和采購計劃等；同時還需要關注產品的價格走勢和售后服務等因素以確保能夠選擇到價格合理且服務質量優良的產品等。

技術支持是選擇氫燃料電池電控系統時需要考慮的另一個重要因素之一。我們需要選擇具有完善技術支持和售后服務的廠家或品牌以確保在使用過程中能夠獲得及時的技術支持和幫助等。在選擇技術支持和售后服務時我們可以關注廠家的技術實力和服務水平等信息；同時還可以考慮與廠家建立長期合作關系以獲得更加全面和深入的技術支持和服務等。

電控系統發展趨勢

改善燃料電池控制策略離不開氫燃料電池控制系統，該控制系統一般由燃料電池發動機控制器、氫氣循環泵控制器、空壓機控制器、水泵控制器和燃料電池DC/DC控制器等幾大部分組成。 從目前業內的開發現狀來看，燃料電池電控系統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方面。 

在大功率方面，以氫燃料電池DC/DC為例，目前已經推出的燃料電池系統的峰值功率需求已經超過180kW，未來的需求甚至達到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用有限，與之相關的電控產品還沒有大規模的應用，關鍵零部件的價格也居高不下，另外一方面就是電控產品比較分散，器件和線束的冗余在一定程度上增加了系統成本。 

在高可靠性方面，燃料電池商用車工作環境惡劣、維修成本較高，對電控產品的可靠性有較高的要求，因此在驗證環節需要做較長時間的耐久性（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要達到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間內，但是過高的溫度和壓差會損害質子交換膜。 

在長壽命方面，燃料電池系統預期的壽命超過2萬小時，全壽命運行期間參數會發生比較大的變化，并且在不同的使用環境下也存在明顯的差異，因此，控制系統需要對燃料電池單元內部的狀態進行有效的識別和計算。多個控制器的疊加在增加體積的同時，也提升了成本。為了應對以上挑戰，業內部分頭部燃料電池企業給出的應對策略是化繁為簡，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和維護成本。 

電控系統相關企業 

 國氫科技：

國家電投集團氫能科技發展有限公司簡稱：國氫科技，于2017年5月注冊成立，位于北京市昌平區未來科學城南區國家電投集團創新基地，是由國家電投批準成立的氫能產業科技型企業。國家電力投資集團有限公司在氫燃料電池開發領域獲重大突破，完成了相關催化劑、擴散層、膜電極、雙極板、電堆組裝、系統控制、空壓機等系統設備自主研發，在實現燃料電池全產業鏈完全自主化的同時，部分性能指標達到了世界領先水平。  

全柴動力：

2020年12月全柴集團發布定增預案，新增氫燃料電池系統產品。公司積極開展氫燃料電池核心零部件及系統模塊的自主研發，圍繞材料、工藝、結構、控制等幾大方面進行研究，形成自主完整的生產路線和制備工藝。相比于進口產品，項目擁有較大的價格優勢和發展空間。公司在氫燃料電池智能制造建設項目中投資1.36億元，在燃料電池核心零部件質子交換膜、膜電極領域，目前已初步具備批量化生產的前提條件，非公開發行完成后，可以加速氫燃料電池核心零部件及系統模塊的研發、量產進度。 

億華通 ：

億華通是中國領先的燃料電池系統制造商，擁有設計、研發、制造燃料電池系統包括核心零部件燃料電池電堆的能力，產品主要面向商用應用(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發展，主要從事氫燃料電池產品研發、生產及銷售，主要產品涵蓋燃料電池發動機、電堆、35MPa/70MPa車載氫系統、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氫能與燃料電池產業發展的核心平臺。公司致力于成為世界一流的燃料電池供應商和服務商，竭誠為客戶提供氫能利用整體解決方案及燃料電池相關的核心設備和一流服務。

雄韜氫雄:

雄韜氫雄是專注于氫燃料電池發動機研發及產業化的國家級高新技術企業，通過自主研發的氫燃料電池發動機產品應用范圍覆蓋：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