基于ARM9和MPC56x的燃料电池发动机主控制器

随着清洁能源需求的增加，燃料电池发动机及其在汽车动力系统中的应用越来越重要。燃料电池按电化学原理直接将等温的化学能转化为电能。由于不受热机卡诺循环的限制，目前各类燃料电池实际的能量转化率均可达40%～60%；燃料电池环境友好、工作安静、噪声很低。燃料电池发动机由空气系统、氢气系统、水热管理系统、增湿系统和电堆等几部分组成，其结构如图1所示。

1 分布式燃料电池发动机控制系统

针对燃料电池发动机的上述要求，清华大学和大连化学物理研究所合作，研制了分布式燃料电池控制系统。整个系统以燃料电池发动机主控制器为核心，包括了2个发动机的独立控制子系统，每个发动机控制系统包括电堆控制器节点、增湿控制器节点、风机控制器节点以及4个单片电压测量节点等。加上燃料电池发动机的主控制器，整个控制系统共包括15个控制器节点。这些控制器以主控制器为核心，形成了整车动力系统时间触发控制器局域网络（TTCAN）通信协议。

2 基于ARM+MPC561双单片机的主控制器设计

2.1 控制器硬件框架

控制器的硬件框架如图2所示。该控制器采用MPC56x和AT91SAM9261S单片机双核处理器的模式，其中底层IO驱动采用MPC56x单片机，而控制算法采用ARM9单片机。采用ARM9单片机进行控制算法的优点是：

(1)ARM的主频高、运算速度快，最高主频可以达到190 MHz，运算速度可达210 MIPS，大大高于MPC56x的56 MHz；

(2)可以配套的内存大，拥有丰富的内存扩展接口，不但能实现与MPC56x相同的SRAM扩展，还拥有专门的SDRAM管理模块，能进行SDRAM扩展，其容量可以轻易达到100 MB以上；