氫燃料電池系統(tǒng)是氫能應用的核心動力單元，其控制器的可靠性直接影響整車/整機/發(fā)電系統(tǒng)等應用系統(tǒng)的性能與安全。傳統(tǒng)測試方法（如臺架試驗或?qū)嵻嚋y試）存在成本高、周期長、風險大等問題，且難以覆蓋工況。硬件在環(huán)仿真（HIL）技術通過高精度實時仿真模型替代真實燃料電池系統(tǒng)，為燃料電池控制器（FCU）提供全工況、高效率的測試環(huán)境，成為行業(yè)研發(fā)與驗證的工具。通過HIL技術，我們將助力客戶實現(xiàn)氫燃料電池控制系統(tǒng)的高效開發(fā)與可靠落地，推動清潔能源技術的商業(yè)化進程。

系統(tǒng)功能與優(yōu)勢

遠寬&溯馭聯(lián)合開發(fā)的氫燃料電池FCU-HIL仿真測試系統(tǒng)基于高精度模型及實時軟硬件平臺，提供從部件級到系統(tǒng)級的全棧測試能力：

1.支持全面多樣化的研究課題

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

◆ 系統(tǒng)性能與耐久性評估：電堆及系統(tǒng)健康管理與壽命預測、熱管理協(xié)同優(yōu)化等算法驗證。

2.高精度燃料電池系統(tǒng)仿真測試

◆ 實時模擬電堆電壓/電流特性、氫氣供應、空氣供應、水熱管理等多物理場耦合模型。

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

3.FCU全場景工況閉環(huán)仿真測試

◆ FCU控制策略驗證：包括功率分配、冷啟動、變載沖擊、啟停邏輯、故障保護等復雜工況測試。

◆ FCU環(huán)境適應性驗證：高海拔、極寒、高溫等工況模擬測試。

◆ 故障注入與容錯策略驗證：模擬傳感器失效、管路泄漏等數(shù)百種故障場景模擬測試。

4.智能化測試與仿真數(shù)據(jù)管理

◆ 定制化上位機支持實時數(shù)據(jù)采集與可視化分析，快速標定FCU性能參數(shù)。

◆ 自動化測試流程管理，腳本一鍵執(zhí)行，批量完成功能測試、標定優(yōu)化與回歸驗證。

FCU-HIL測試方案

氫燃料電池FCU-HIL仿真測試系統(tǒng)旨在模擬燃料電池系統(tǒng)的運行工況，對FCU的軟件、硬件進行閉環(huán)測試。測試系統(tǒng)整體架構(gòu)如下圖所示，主要設備包括遠寬實時仿真器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)，實時仿真器提供I/O信號、CAN信號、溫度采樣等通訊接口，以實現(xiàn)仿真模型與控制器之間的閉環(huán)數(shù)據(jù)交互。

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

實際工程案例

下圖為遠寬與溯馭合作開發(fā)的FCU-HIL實時仿真測試平臺，基于該平臺完成了氫燃料電池系統(tǒng)全工況的FCU動態(tài)HIL閉環(huán)、變載工況測試等實驗。

80kW氫燃料電池全系統(tǒng)FCU-HIL測試結(jié)果如下圖所示，仿真結(jié)果中關鍵指標動態(tài)波動曲線及數(shù)值與同功率系統(tǒng)實物平臺測試結(jié)果數(shù)據(jù)對標一致。

FCU上位機數(shù)據(jù)顯示界面

HIL仿真系統(tǒng)上位機顯示界面

拓展應用測試

?

基于HIL的燃料電池系統(tǒng)FCU低溫啟動策略優(yōu)化與驗證

?

基于數(shù)字孿生的燃料電池壽命預測與健康管理（PHM）

?

基于HIL的燃料電池動態(tài)工況下的自適應能量管理策略驗證

?

多ECU協(xié)同HIL測試：燃料電池與整車控制集成驗證

?

基于HIL的燃料電池無人機動力系統(tǒng)控制策略實時仿真驗證

?

基于HIL的氫電混合動力系統(tǒng)能量管理策略仿真驗證

技術應用核心價值

?

實時仿真：μs級響應，滿足燃料電池控制系統(tǒng)動態(tài)響應需求。

?

快速擴展：模塊化設計，支持電堆、BOP部件等快速擴展集成。

?

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

?

安全可靠：避免真實場景中氫氣、中高壓、易燃易爆等風險，極限工況測試無憂。

?

標準兼容：滿足ISO 26262（功能安全）、GB/T 24549（燃料電池汽車）等認證要求。