燃料电池性能的发挥除了取决于电堆等核心部件的品质，高效的控制方案也是燃料电池系统提升效率和降低成本的重要途径。当前不少企业正在采用多合一控制器，助力燃料电池系统进一步降本增效。
相比离散的组合控制器，一体化多合一控制器外观整洁，减少了控制器之间的外部接线，在降低成本的同时，也节省了整车的空间，可助力氢车向轻量化、小型化发展。目前，致瞻科技、福瑞电气、溯驭技术、动力源新能源等企业均在该领域均进行了布局研发，并开发出相应产品。
多合一控制器快速发展
燃料电池控制系统一般由燃料电池发动机控制器、氢气循环泵控制器、空压机控制器、水泵控制器和燃料电池DC/DC控制器等几大部分组成，主要实现对燃料电池系统的气路管理、水热管理、电气管理、通信功能和故障诊断等，确保系统能够稳定可靠工作。
从整个电控系统架构演进来看，在分体式架构中，DC/DC、空压机控制器、氢泵控制器等各个部件相互独立，通过线速进行连接，系统比较复杂。目前该架构主要存在三方面的技术问题：
其一集成度低，各个控制器都需要设计单独的机壳，对安装方式和出线方式都有空间要求，在系统集成设计时，分离的控制器占用的体积较大，使得整个系统的体积较大，不利于系统在车上的布置，成本也较高；其二EMC辐射大，分离的控制器需要用线束进行连接，高压线束会增大电磁辐射值，降低系统的EMC性能；其三软件更新复杂，当有控制器需要软件更新时，需要工程师逐个部件进行更新，更新操作工作量大，操作繁琐，耗时较长。
为了应对以上挑战，业内燃料电池企业开始采用化繁为简的应对策略，采用单物理集成架构，主要将DC/DC、空压机控制器等控制器合一做横向集成，相当于多个控制器共用一个壳体，相比分体式节省了主控芯片、外围电路、控制器之间的线束以及软件部分的开发和维护成本。
福瑞电气是国内燃料电池DC/DC 及空压机控制器行业领先企业，在多合一控制器上也进行了深度布局，推出了V3、V4及V5系列燃料电池集成功率变换器PCU，该系列产品集成了燃料电池DC/DC升压变换器、电堆交流阻抗检测EIS模块、24V输出DCL、高速空压机控制器及高压配电单元，对控制单元及功率单元进行深度集成，极大地节省了高压电气系统的空间，通过独有的HydroWatch配置软件工具，使集成功率控制器的标定更加简化和便捷。
“近两年来，随着DC/DC、空压机控制器等控制器技术的成熟，使多个控制器集成的多合一控制器性能可靠性也大幅提升，越来越多的燃料电池企业选择使用多合一控制器。”福瑞电气副总经理宣路表示，目前多合一控制器已经占据市场50%以上的份额，未来其市场增速也会越来越快。
多合一控制器也是实现燃料电池系统降本增效的有效手段之一。雄韬氢雄副总经理唐廷江博士表示，整个控制器部件占燃料电池系统成本的10%左右，后续多合一控制器实现大批量应用，降本会比现在技术方案降低30%。同时在供应商管理上，相比之下多合一控制器的供应商数量更少，在对产品质量管控上节省了管理成本，也更符合规模化生产的需求。
多合一控制器深度集成是未来方向
虽然单物理集成架构相比分体式节省了外壳、线束、接插件等相关成本，在电磁干扰、散热管理等方面提高了效率，但各个部件还是独立的，性能并没有得到本质上的提高。随着技术方案迭代，控制器多合一架构逐渐落地，深度一体的集成架构是未来发展的技术方向。
在深度一体集成架构中，软硬件技术会深度融合，突破物理集成的边界，一颗处理器实现对所有部件的控制，简化了系统设计，各个部件可以在芯片级进行协同控制，实现系统功率密度及可靠性提高、成本降低。
明显的先进性让多合一控制器的深度集成化成为行业趋势，但不可否认的是，其技术创新难度并不低，在实现多合一控制器高度集成过程中，还需要迈过不少技术关卡。
首先是硬软件一体化架构设计问题，一体化纵深架构不仅支持BOP层级的控制，也需要上升至系统层级，对设计工程师提出了更高的要求。设计工程师需要进行跨领域地综合考虑，在设计阶段就把各个核心部件进行深度融合，解决DC/DC、空压机控制器等各部件的兼容性和复用性问题。
其次，要把众多的控制器进行多合一的深度集成，对整个工艺水平、质量控制水平都提出了很高的要求。各个控制器集成在一起，必须要考虑可靠性、耐久性等指标，如当其中一个部件出现问题的时候，其他部件还能不能正常工作？
再者，多合一深度集成后的控制器，在各部件配合的过程中要如何避免不同部件之间的电磁干扰，要如何控制和提升整体的散热和效率，都是摆在眼前的现实难题。
面对上述的技术难关，国内已有相关企业进行了研发攻关。如致瞻科技提出了一个控制器的深度集成设计理念，在软件架构、硬件架构和EMC等方面都按照一个控制器进行设计，产品深度集成DC/DC、空压机控制器、氢泵控制器/DCL、交流阻抗检测、PDU为一体，核心模组功率密度为40kW/L。当前致瞻科技的多合一控制器已实现批量出货，合作对象覆盖国内外知名燃料电池企业和整车企业，并预计明年市场订单还会有30%以上的增长。
溯驭技术则针对燃料电池应用场景自下而上氢锂混电系统一体化架构，以可编程一体式功率控制器为依托，将燃料电池总控器、功率控制器、DC/DC、空压机控制器、交流阻抗检测、配电单元等众多核心电控部件收束为一。控制器内嵌配套的开发工具，提供开放式的应用开发平台，覆盖BOP匹配，开发及测试验证全流程。目前该多合一控制器产品已在多个系统及整车企业送样试用，在固定式氢储电站、船舶、无人机、两轮车等场景进行了验证。
多合一控制器能为燃料电池创造降本增效的空间，现阶段单物理集成的多合一控制器性能已经能满足大多数商用车的使用需求，但未来随着燃料电池汽车市场的规模化发展，以及氢能乘用车应用推广的加快，效率更高、成本更低的一体化深度集成多合一控制器也将成为市场应用的主流，助力燃料电池系统进一步优化升级。
