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燃料电池系统HIL测试解决方案

图1 燃料电池系统控制器(FCU)功能

 

                 燃料电池HIL测试系统解决方案可覆盖如下功能测试:

 

•  控制器上下电控制逻辑测试

•  喷射阀、压缩机、循环泵、加湿器、风扇控制

•  流量、压力、温度、湿度等传感器信号采集

•  氢气流量/压力闭环控制测试

•  氧气流量/压力闭环控制测试

•  燃料电池输出功率控制

•  燃料电池热管理功能测试

•  FCU控制诊断功能及IO诊断功能测试

•  CAN通讯收发功能测试

•  控制策略开发验证

 

图2 燃料电池系统HIL测试方案

 

硬件系统

       

        燃料电池系统控制器HIL 的硬件系统为目标控制器输入真实 的电气信号,同时对控制器和真实负载输出 的电气信号进行采集处理。硬件系统 的组成包括:

 

•  电源管理系统

•  基于PXI 的实时处理系统

•  数字量/模拟量输入输出板卡

•  温度传感器信号仿真板卡

•  电流输入输出及故障注入板卡

•  喷射阀等驱动信号采集板卡

•  总线信号(CAN、LIN、FlexRay)板卡

 

图3 真实负载信号处理逻辑

 

App工具

        试验App作为人机交互接口,可实现:工程管理、信号交互、在线监测、故障设置、自动化测试等功能。

        故障注入App可实现硬线故障 的配置与激活功能。

        自动测试App用于测试序列 的实行,制定测试计划,生成测试报告。

 

图4 HIL测试系统App配置

 

模型配置

       

        仿真模型用于配置目标控制器外围 的逻辑环境,主要包括:硬线输入/输出接口模型、总线输入/输出接口模型、虚拟驾驶员模型、虚拟控制器模型、燃料电池模型、车辆动力学仿真模型。其中燃料电池模型是本方案核心。

 

        燃料电池系统模型基于热力学、电化学原理搭建,支撑参数化配置,电堆模型遵循质量守恒、能量守恒定律。燃料电池系统模型主要组成:

 

•  阳极供氢气系统:流量,压力,浓度,摩尔分量

•  阴极供氧/空气系统:流量,压力,浓度,摩尔分量

•  加热/冷却系统:加热系统,冷却循环

•  循环系统:吹扫,气体循环,水循环,温度循环

•  电堆模型:分压计算,气体消耗计算,能量转换计算,理论电压计算,极化过程计算,湿度计算

 

图5 质子交换膜(PEM)燃料电池系统模型
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