案例分享-氫燃料電池控制器硬件在環(huán)（FCU-HIL）測(cè)試

氫燃料電池系統(tǒng)是氫能應(yīng)用的核心動(dòng)力單元，其控制器的可靠性直接影響整車/整機(jī)/發(fā)電系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)的性能與安全。傳統(tǒng)測(cè)試方法（如臺(tái)架試驗(yàn)或?qū)嵻嚋y(cè)試）存在成本高、周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大等問題，且難以覆蓋工況。硬件在環(huán)仿真（HIL）技術(shù)通過高精度實(shí)時(shí)仿真模型替代真實(shí)燃料電池系統(tǒng)，為燃料電池控制器（FCU）提供全工況、高效率的測(cè)試環(huán)境，成為行業(yè)研發(fā)與驗(yàn)證的工具。通過HIL技術(shù)，我們將助力客戶實(shí)現(xiàn)氫燃料電池控制系統(tǒng)的高效開發(fā)與可靠落地，推動(dòng)清潔能源技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。

系統(tǒng)功能與優(yōu)勢(shì)

遠(yuǎn)寬&溯馭聯(lián)合開發(fā)的氫燃料電池FCU-HIL仿真測(cè)試系統(tǒng)基于高精度模型及實(shí)時(shí)軟硬件平臺(tái)，提供從部件級(jí)到系統(tǒng)級(jí)的全棧測(cè)試能力：

1.支持全面多樣化的研究課題

◆ FCU控制算法開發(fā)與驗(yàn)證：動(dòng)態(tài)工況下的控制策略優(yōu)化、能量管理及優(yōu)化調(diào)度等策略驗(yàn)證。

◆ 系統(tǒng)性能與耐久性評(píng)估：電堆及系統(tǒng)健康管理與壽命預(yù)測(cè)、熱管理協(xié)同優(yōu)化等算法驗(yàn)證。

2.高精度燃料電池系統(tǒng)仿真測(cè)試

◆ 實(shí)時(shí)模擬電堆電壓/電流特性、氫氣供應(yīng)、空氣供應(yīng)、水熱管理等多物理場(chǎng)耦合模型。

◆ 支持PEMFC、SOFC等多種燃料電池類型的動(dòng)態(tài)特性模擬，適配不同功率等級(jí)需求。

3.FCU全場(chǎng)景工況閉環(huán)仿真測(cè)試

◆ FCU控制策略驗(yàn)證：包括功率分配、冷啟動(dòng)、變載沖擊、啟停邏輯、故障保護(hù)等復(fù)雜工況測(cè)試。

◆ FCU環(huán)境適應(yīng)性驗(yàn)證：高海拔、極寒、高溫等工況模擬測(cè)試。

◆ 故障注入與容錯(cuò)策略驗(yàn)證：模擬傳感器失效、管路泄漏等數(shù)百種故障場(chǎng)景模擬測(cè)試。

4.智能化測(cè)試與仿真數(shù)據(jù)管理

◆ 定制化上位機(jī)支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與可視化分析，快速標(biāo)定FCU性能參數(shù)。

◆ 自動(dòng)化測(cè)試流程管理，腳本一鍵執(zhí)行，批量完成功能測(cè)試、標(biāo)定優(yōu)化與回歸驗(yàn)證。

FCU-HIL測(cè)試方案

氫燃料電池FCU-HIL仿真測(cè)試系統(tǒng)旨在模擬燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行工況，對(duì)FCU的軟件、硬件進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)整體架構(gòu)如下圖所示，主要設(shè)備包括遠(yuǎn)寬實(shí)時(shí)仿真器MT 7020、IO板卡、電阻板卡及溯馭FCU控制器與氫燃料電池系統(tǒng)模型。其中，氫燃料電池系統(tǒng)模型包括燃料電池堆、空氣供給子系統(tǒng)、氫氣供給子系統(tǒng)、熱管理子系統(tǒng)及電氣子系統(tǒng)，實(shí)時(shí)仿真器提供I/O信號(hào)、CAN信號(hào)、溫度采樣等通訊接口，以實(shí)現(xiàn)仿真模型與控制器之間的閉環(huán)數(shù)據(jù)交互。

具體實(shí)施過程為：氫燃料電池模型編譯加載至MT 7020的CPU中，MT 7020實(shí)時(shí)計(jì)算輸出電堆氫氣出/入口壓力，截止閥、背壓閥反饋、氣體流量信號(hào)等并通過AO板卡輸出給FCU，同時(shí)將電堆出/入口、空氣、散熱器出口溫度等信號(hào)通過溫度電阻卡采樣輸出給FCU；FCU下發(fā)空壓機(jī)、循環(huán)泵、水泵轉(zhuǎn)速及DCDC拉載電流信號(hào)CAN信號(hào)，并實(shí)時(shí)計(jì)算輸出開關(guān)閥、比例閥、截止閥、背壓閥、節(jié)溫閥的開關(guān)控制信號(hào)通過MT 7020的DI板卡傳輸至氫燃料電池模型的輸入端以實(shí)現(xiàn)FCU-HIL的閉環(huán)交互運(yùn)行。

實(shí)際工程案例

下圖為遠(yuǎn)寬與溯馭合作開發(fā)的FCU-HIL實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)，基于該平臺(tái)完成了氫燃料電池系統(tǒng)全工況的FCU動(dòng)態(tài)HIL閉環(huán)、變載工況測(cè)試等實(shí)驗(yàn)。

80kW氫燃料電池全系統(tǒng)FCU-HIL測(cè)試結(jié)果如下圖所示，仿真結(jié)果中關(guān)鍵指標(biāo)動(dòng)態(tài)波動(dòng)曲線及數(shù)值與同功率系統(tǒng)實(shí)物平臺(tái)測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)一致。

FCU上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示界面

HIL仿真系統(tǒng)上位機(jī)顯示界面

拓展應(yīng)用測(cè)試

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基于HIL的燃料電池系統(tǒng)FCU低溫啟動(dòng)策略優(yōu)化與驗(yàn)證

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基于數(shù)字孿生的燃料電池壽命預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）

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基于HIL的燃料電池動(dòng)態(tài)工況下的自適應(yīng)能量管理策略驗(yàn)證

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多ECU協(xié)同HIL測(cè)試：燃料電池與整車控制集成驗(yàn)證

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基于HIL的燃料電池?zé)o人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)控制策略實(shí)時(shí)仿真驗(yàn)證

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基于HIL的氫電混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理策略仿真驗(yàn)證

技術(shù)應(yīng)用核心價(jià)值

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實(shí)時(shí)仿真：μs級(jí)響應(yīng)，滿足燃料電池控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)需求。

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快速擴(kuò)展：模塊化設(shè)計(jì)，支持電堆、BOP部件等快速擴(kuò)展集成。

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降本增效：減少90%以上的真實(shí)系統(tǒng)測(cè)試成本，縮短開發(fā)周期，加速FCU功能驗(yàn)證與迭代。

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安全可靠：避免真實(shí)場(chǎng)景中氫氣、中高壓、易燃易爆等風(fēng)險(xiǎn)，極限工況測(cè)試無(wú)憂。

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標(biāo)準(zhǔn)兼容：滿足ISO 26262（功能安全）、GB/T 24549（燃料電池汽車）等認(rèn)證要求。