1，前语
DC/DC改换器是燃料电池车动力体系中一个重要部分。主要功用是把不可调的直流电源变为可调的直流电源。怎么有效地操控改换器的各个参数，不只关系到FCE（Fuel Cell Engineer）和BMU（Battery Management Unit）的正常运转，而且也关系到整个燃料电池轿车的动力功用、动力运用功率及其他操控体系牢靠的运转[3]。燃料电池的输出特性偏软，难以直接与电动机驱动器匹配，其电流-电压特性曲线如图1所示。在燃料电池加负载的开始阶段，电压Ufc下降较快，跟着负载的添加，电流增大，电压下降，下降的斜率比一般电池大得多，故燃料电池的输出特性相对较软；关于某特定负载，输出功率的动摇会导致燃料电池功率下降。
图1 燃料电池电流-电压特性曲线
图2 燃料电池车动力驱动结构
与传统轿车相同，燃料电池轿车也有必要具有很强的机动性，以便对不同的路况及时做出相应的反响，为满意机动性的要求，燃料电池轿车驱动所需功率会有较大的动摇，这与燃料电池的输出特性偏软是相对立的。另一方面，燃料电池的输出功率若动摇较大，其功率会大大下降，不和影响其机动功用。因而，若以燃料电池作为电源直接驱动，一方面输出特性偏软，另一方面燃料电池的输出电压较低，在燃料电池与轿车驱动之间参加DC/DC改换器，燃料电池和DC/DC改换器一起组成电源对外供电如图2所示，然后转化成安稳、可控的直流电源。合理的DC/DC改换器的规划对燃料电池车显的尤为重要。
2,DC/DC根本硬件电路及作业原理
DC/DC改换器按输入与输出间是否有电气阻隔能够分为没有电气阻隔和有电器阻隔的直流改变器两类。按作业电路区别有降压式（BUCK），升压式（BOOST），升降压式（BUCK/BOOST），库克（CUK），瑞泰（ZETA），塞皮克（SEP%&&&&&%）等六种[1]。规划选用没有阻隔的双向Zeta-Sepic直流改换器电路，作业原理电路图如图3所示。
主电路由两开关管Q1和Q2，两二极管D1和D2构成。Q1和Q2为PWM作业方法，互补导通，有死区时刻。改换器输出与输入电压间的关系为V2／V1=Dy／(1-Dy),式中，Dy为Q2的占空比。图4为能量从V1向V2方向活动时电感电流波形，因Dy＞0.5，故V2＞V1，I1＞I2，I1为电源电流均匀值，I2为输出电流均匀值。而且IL1＞IL2，IL1和IL2为电感电流均匀值。电容C1电压VC1为VC1=VC2，不管能量活动方向怎么，%&&&&&%C1电压极性总是左负右正。功率器材承受的电压VQ=VD=V1+V2=V1／(1-Dy)，开关管Q1和二极管D2电流均匀值IQ1和ID2关系为IQ1=IL1=I1，ID2=IL2=I2。能量传输方向相反时，电流波形如图5所示，图6是替换作业方法的一种景象，因Q1的占空比Dy＞0.5，V2＞V1，I1＞I2，故IL1＞IL2，iL1的瞬时值都大于零，iL2的瞬时值呈现了正负替换改变，iQ1和iQ2的瞬时值也替换改变，4个器材轮番导通[2]。在t=0～t1期间D1续流，t1～ton期间Q1导通，ton～t3期间D2续流，t3～T期间Q2导通。因为Q1是在D1续流期间导通的，故Q1为零电压注册，同理Q2亦为零电压注册，由图6知两电感电流均匀值IL1和IL2均大于零，故这种情况下均匀能量是从V1向V2方向传输。 
图3 双向Zeta-Sepic直流改换器规划电路图
图 4 能量从V1向V2活动
图5 能量从V2向V1方向活动
图6 替换作业方法
3,DC/DC改换器操控单元和辅佐单元电路规划
Zeta-Sepic电路是DC/DC改换器的中心组件，车载DC/DC改换器除此外还包含操控单元和辅佐单元电路，其功用直接影响Zeta-Sepic电路的作业质量和整车操控器的精确运转。操控单元与辅佐单元电路同Zeta-Sepic一起构成DC/DC改换器的整体硬件电路。其体系结构图如图7所示。
图7 DC/DC改换器体系结构图
3.1操控单元
操控单元选用单片机MC9S12D64，它连续了飞思卡尔半导体在车用微操控器范畴的优良传统，是以速度更快的S12内核（Star Core）为中心的单片机MC9S12系列的成员，管脚兼容，存储器能够得到晋级。而且片内有多种外围设备可供挑选。 MC9S12D64共有8种作业方法，方法的设定经过复位期间收集BKGD、MODB、MODA三个引脚的情况来完成[5]。增强了运用的可挑选性。操控单元经过CAN通讯网络承受整车操控器的指令，依照协议翻译指令对燃料电池电堆提取相应的功率，并将经过传感器检测到的DC/DC改换器的高低端的电流电压值依照协议上传CAN通讯网络。一起读取温度传感器的值，依据要求当令的发动散热电扇。
3.2CAN通讯硬件接口电路
做为燃料电池车的DC/DC改换模块，须参加整车的通讯和操控，经过承受整车操控信号指令做出相应的动作，对燃料电池提取功率。
CAN通讯接口硬件规划如图8所示，其间82C250是CAN操控器和物理总线间的接口[4]，它和CAN操控器之间选用光隔P113以进步体系的抗搅扰才能。
3.3 DC/DC改换器低端高端电压电流丈量
对DC/DC改换器的高端低端电压电流进行采样，作为操控DC/DC改换器功率的回馈参阅数据，并上传CAN网络做为整车操控的重要参阅数据。高端和低端的电流采样用传感器WBV151S07,为电压阻隔传感器，输入规模为0～75mV,输出为0～5V，供电为±12V。被测母线经过分流，将电流以份额衰减到电流传感器的输入规模内，并经过车用微操控器MC9S12D64的AD采样传感器的输出端。
高端和低端的电压采样用传感器WBV151S01，当被测电压低于500V时，将电压传感器直接挂接到被测母线上，经过操控器AD采样接口读取传感器输出端的值。
3.4温度传感器
车载DC/DC改换器为大功率器材，散热是重要功用指标之一，因而为DC/DC改换器设置了温度传感器，来实时检测温度，当散热器不能满意其散热要求时，依据温度传感器收集的温衡量来发动散热电扇，并以温度为依据设定电扇的转速巨细。温度检测选用的是美DALLAS半导体公司出产的可组网数字式温度传感器DS18B20。它的丈量规模为﹣50℃到﹢125℃，精度可达0.1℃，不需求A/D转化，直接将温度值转化为数字量。DS18B20严厉的恪守单线串行通讯协议，每一个DS18B20在出厂时都用激光进行调校，并具有仅有的64位序列号。这也是多个DS18B20能够选用一线进行通讯的原因。
作业中操控单元对DS18B20的操作以ROM指令和存储器指令方法呈现。其间ROM操作指令分别为：读ROM(33H) 、匹配ROM(55H) 、越过ROM(CCH) 、查找ROM(F0H)和告警查找(ECH)指令。暂存器指令分别为：写暂存存储器(4EH)、读暂存存储器(BEH)、仿制暂存存储器(48H)、温度转化(44H)和读电源供电方法(B4H)。
4,DC/DC改换器的软件规划
软件规划的开发环境为Code Warrior for S12,它是面向以HC12和S12为CPU的单片机运用开发的软件包。包含集成开发环境IDE、处理器专家库、全芯片仿真、可视化参数显现东西、项目工程管理器、C穿插编译器、汇编器、链接器以及调试器。其调试方法为BDM方法, BDM(Background Debug Mode)是Freescale公司的一种体系调试方法，具有根本的调试功用，包含资源访问及运转操控，与指令挂牌及断点逻辑合作就能够完成许多重要的开发功用。
4.1 DC/DC改换器作业方法
DC/DC改换器规划三种作业方法，使能作业方法，正常作业方法和毛病方法。在使能作业方法下DC/DC处于未被发动情况，需求将其引出的两使能脚短路使其使能成功，使能成功后即进入正常作业方法，在正常作业方法下可对DC/DC改换器进行提取功率操作。DC/DC的操控单元假如检测到毛病，将使DC/DC改换器进入毛病方法，此刻整车操控器指令对DC/DC改换器的操作无效。
4.2DC/DC改换器作业协议
作为燃料电池车的电压改换器，需求依据作业方法拟定协议，并规则每上传比特位的含义，DC/DC改换器则依据相应的协议向整车CAN网上传数据，整车操控器则从CAN网上收集相应的数据按协议翻译并参加操控战略运算。DC/DC改换器的协议包含上传数据协议和承受数据协议。
4.3流程图
如图9所示，为DC/DC改换器的作业主流程图，此外，在CAN中止处理程序中，按协议承受CAN网数据供主程序运用，并在守时中止中守时上传数据，每100ms上传一帧数据,选用CAN2.0 通讯协议，29位ID，每帧8个字节数据量通讯方法。
5,结束语
本文作者立异点：以飞思卡尔单片机MC9S12D64做为操控单元规划成的燃料电池车载DC/DC改换器。经上车试验具有如下立异点：①DC/DC电路选用没有阻隔的双向Zeta-Sepic直流改换器电路，牢靠安稳，习惯燃料电池车的作业要求。②选用车用微操控器MC9SD64为DC/DC改换器的操控单元，进步了现场的抗搅扰才能，确保DC/DC改换器在电磁环境较为恶劣，电磁搅扰要素居多环境下正常运转。③选用数字温度传感器DS18B20检测散热器温度，使温度检测体系结构简略，抗搅扰才能强，精度高；④运用CAN总线与整车CAN网通讯，与整车通讯协议匹配，确保通讯流通，进步了DC/DC改换器的通讯的抗搅扰才能。
