與傳統(tǒng)汽車(chē)一樣，燃料電池汽車(chē)也必須具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，以便對(duì)不同的路況及時(shí)做出相應(yīng)的反應(yīng)，為滿足機(jī)動(dòng)性的要求，燃料電池汽車(chē)驅(qū)動(dòng)所需功率會(huì)有較大的波動(dòng)，這與燃料電池的輸出特性偏軟是相矛盾的。另一方面，燃料電池的輸出功率若波動(dòng)較大，其效率會(huì)大大下降，反面影響其機(jī)動(dòng)性能。因此，若以燃料電池作為電源直接驅(qū)動(dòng)，一方面輸出特性偏軟，另一方面燃料電池的輸出電壓較低，在燃料電池與汽車(chē)驅(qū)動(dòng)之間加入DC/DC變換器，燃料電池和DC/DC變換器共同組成電源對(duì)外供電如圖2所示，從而轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定、可控的直流電源。合理的DC/DC變換器的設(shè)計(jì)對(duì)燃料電池車(chē)顯的尤為重要。

2,DC/DC基本硬件電路及工作原理

DC/DC變換器按輸入與輸出間是否有電氣隔離可以分為沒(méi)有電氣隔離和有電器隔離的直流變化器兩類(lèi)。按工作電路區(qū)分有降壓式（BUCK），升壓式（BOOST），升降壓式（BUCK/BOOST），庫(kù)克（CUK），瑞泰（ZETA），塞皮克（SEPIC）等六種[1]。設(shè)計(jì)采用沒(méi)有隔離的雙向Zeta-Sepic直流變換器電路，工作原理電路圖如圖3所示。

主電路由兩開(kāi)關(guān)管Q1和Q2，兩二極管D1和D2構(gòu)成。Q1和Q2為PWM工作方式，互補(bǔ)導(dǎo)通，有死區(qū)時(shí)間。變換器輸出與輸入電壓間的關(guān)系為V2／V1=Dy／(1-Dy),式中，Dy為Q2的占空比。                      

3,DC/DC變換器控制單元和輔助單元電路設(shè)計(jì)

Zeta-Sepic電路是DC/DC變換器的核心組件，車(chē)載DC/DC變換器除此外還包括          

控制單元和輔助單元電路，其性能直接影響Zeta-Sepic電路的工作質(zhì)量和整車(chē)控制器的準(zhǔn)確運(yùn)行。控制單元與輔助單元電路同Zeta-Sepic一同構(gòu)成DC/DC變換器的總體硬件電路。

3.1控制單元

控制單元選用單片機(jī)MC9S12D64，它延續(xù)了飛思卡爾半導(dǎo)體在車(chē)用微控制器領(lǐng)域的優(yōu)良傳統(tǒng)，是以速度更快的S12內(nèi)核（Star Core）為核心的單片機(jī)MC9S12系列的成員，管腳兼容，存儲(chǔ)器可以得到升級(jí)。并且片內(nèi)有多種外圍設(shè)備可供選擇。 MC9S12D64共有8種工作模式，模式的設(shè)定通過(guò)復(fù)位期間采集BKGD、MODB、MODA三個(gè)引腳的狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)[5]。增強(qiáng)了應(yīng)用的可選擇性?？刂茊卧ㄟ^(guò)CAN通訊網(wǎng)絡(luò)接受整車(chē)控制器的指令，按照協(xié)議翻譯指令對(duì)燃料電池電堆提取相應(yīng)的功率，并將通過(guò)傳感器檢測(cè)到的DC/DC變換器的高低端的電流電壓值按照協(xié)議上傳CAN通訊網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)讀取溫度傳感器的值，根據(jù)要求適時(shí)的啟動(dòng)散熱風(fēng)扇。

3.2CAN通訊硬件接口電路

做為燃料

3.3 DC/DC變換器低端電壓電流測(cè)量

對(duì)DC/DC變換器的低端電壓電流進(jìn)行采樣，作為控制DC/DC變換器功率的回饋參考數(shù)據(jù)，并上傳CAN網(wǎng)絡(luò)做為整車(chē)控制的重要參考數(shù)據(jù)。和低端的電流采樣用傳感器WBV151S07,為電壓隔離傳感器，輸入范圍為0～75mV,輸出為0～5V，供電為±12V。被測(cè)母線通過(guò)分流，將電流以比例衰減到電流傳感器的輸入范圍內(nèi)，并通過(guò)車(chē)用微控制器MC9S12D64的AD采樣傳感器的輸出端。

和低端的電壓采樣用傳感器WBV151S01，當(dāng)被測(cè)電壓低于500V時(shí)，將電壓傳感器直接掛接到被測(cè)母線上，通過(guò)控制器AD采樣接口讀取傳感器輸出端的值。

3.4溫度傳感器

車(chē)載DC/DC變換器為大功率器件，散熱是重要性能指標(biāo)之一，因此為DC/DC變換器設(shè)置了溫度傳感器，來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度，當(dāng)散熱器不能滿足其散熱要求時(shí)，根據(jù)溫度傳感器采集的溫度量來(lái)啟動(dòng)散熱風(fēng)扇，并以溫度為依據(jù)設(shè)定風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速大小。溫度檢測(cè)采用的是美DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。它的測(cè)量范圍為﹣50℃到﹢125℃，精度可達(dá)0.1℃，不需要A/D轉(zhuǎn)換，直接將溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。DS18B20嚴(yán)格的遵守單線串行通信協(xié)議，每一個(gè)DS18B20在出廠時(shí)都用激光進(jìn)行調(diào)校，并具有的64位序列號(hào)。這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。

工作中控制單元對(duì)DS18B20的操作以ROM命令和存儲(chǔ)器命令形式出現(xiàn)。其中ROM操作指令分別為：讀ROM(33H) 、匹配ROM(55H) 、跳過(guò)ROM(CCH) 、搜索ROM(F0H)和告警搜索(ECH)命令。暫存器指令分別為：寫(xiě)暫存存儲(chǔ)器(4EH)、讀暫存存儲(chǔ)器(BEH)、復(fù)制暫存存儲(chǔ)器(48H)、溫度轉(zhuǎn)換(44H)和讀電源供電方式(B4H)。

4,DC/DC變換器的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)環(huán)境為Code Warrior for S12,它是面向以HC12和S12為CPU的單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的軟件包。包括集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE、處理器專家?guī)臁⑷酒抡?、可視化參?shù)顯示工具、項(xiàng)目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調(diào)試器。其調(diào)試方式為BDM方式, BDM(Background Debug Mode)是Freescale公司的一種系統(tǒng)調(diào)試方式，具備基本的調(diào)試功能，包括資源訪問(wèn)及運(yùn)行控制，與指令掛牌及斷點(diǎn)邏輯配合就可以實(shí)現(xiàn)很多重要的開(kāi)發(fā)功能。

4.1 DC/DC變換器工作模式

DC/DC變換器設(shè)計(jì)三種工作模式，使能工作模式，正常工作模式和故障模式。在使能工作模式下DC/DC處于未被啟動(dòng)狀況，需要將其引出的兩使能腳短路使其使能成功，使能成功后即進(jìn)入正常工作模式，在正常工作模式下可對(duì)DC/DC變換器進(jìn)行提取功率操作。DC/DC的控制單元如果檢測(cè)到故障，將使DC/DC變換器進(jìn)入故障模式，此時(shí)整車(chē)控制器指令對(duì)DC/DC變換器的操作無(wú)效。

4.2DC/DC變換器工作協(xié)議

作為燃料電池車(chē)的電壓變換器，需要根據(jù)工作方式制定協(xié)議，并規(guī)定每上傳比特位的意義，DC/DC變換器則根據(jù)相應(yīng)的協(xié)議向整車(chē)CAN網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)，整車(chē)控制器則從CAN網(wǎng)上采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)按協(xié)議翻譯并參與控制策略運(yùn)算。DC/DC變換器的協(xié)議包括上傳數(shù)據(jù)協(xié)議和接受數(shù)據(jù)協(xié)議。