燃料电池HIL测试系统

丰田燃料电池控制器硬件在环（FCU HIL）解决方案

山东氢探新能源基于德国EUtech 的唯一基于Simulink的燃料电池仿真模型Thermolib+氢探新能源自研CarDYNA燃料电池混动车辆动力学仿真模型，硬件可根据客户要求提供NI、ETAS、A&D等公司硬件平台。提供专业的针对燃料电池电控单元（FCU）硬件在环（HIL）测试的整体解决方案。针对PEMFC控制器FCU，山东氢探新能源可提供不少于600条功能测试用例！基于先进的仿真技术为被测FCU搭建实验室条件下的虚拟测试环境，可以模拟实车/实际燃料电池发动机测试中遇到的所有工况范围，在实车/实际燃料电池发动机试验之前即可对FCU功能进行全面测试。

本方案的主要优势点及特点如下：

1. 硬件架构成熟、货架产品

a) 所有硬件采用日本A&D公司为丰田燃料电池控制器HIL测试开发的成熟的硬件，无需任何国内定制开发调理、负载、故障注入等电路及板卡。

b) 24U机柜可承载32ch*16块板卡大型HIL系统。

2. 系统集成度高

a) 每块板卡自带调理、故障注入等硬件电路。

b) 单仿真机机箱最多可支持16个卡槽。

c) 24U机柜完全满足HIL测试所有硬件资源需求（传统HIL系统需要38U机柜）。

3. 硬件系统再配置能力强

a) 用户更换不同型号的被测VCU，无需任何手动配线；

b) 用户对硬件的设置如：量程范围、接口定义都可通过软件实现；

c) 所有硬件（板卡、负载仿真、故障注入）都具备simulink驱动，可通过模型配置

4. 超强CPU

a) Intel Xeon E3-1275 v3 3.5GHz 4Core CPU，DDR3 4GB内存

b) 4个核可独立分配模型运算，且支持多任务、分布式并行计算，在simulink模型中实现对此功能的配置与模型分配。

c) 最大模型周期可支持 1MHz ，支持典型的 2-500 kHz模型周期

d) 主机支持多机箱扩展，支持PCI Express Gen3 接口16Gbps传输速率。

5. 现代化交互软件

a) 一个软件登陆界面，解决硬件管理、实验监控、自动测试等问题；

b) 现代化UI设计，用户通过拖拽方式现代化UI建立监控界面；

6. 模型开源

a) 为客户提供开源模型CarDYNA

山东氢探新能源FCU HIL测试系统的基本原理如下图所示。在HIL测试系统中，实时运行的仿真模型取代了真实燃料电池发动机及真实车辆，并通过硬件IO板卡模拟传感器信号发送给真实FCU，同时采集FCU发出的控制命令。

FCU测试需要包含，但不仅限于以下测试项，如下：

FCU 典型测试需求	系统开机自检
	系统待机功能测试
	空气系统控制
	氢气系统控制
	背压阀控制

	正常关机状态
	紧急关机状态
	均衡控制功能
	诊断功能（状态故障、电气故障、通讯故障诊断等）
	IO接口
	CAN通讯功能
	…

系统关键组成

1 HELIOS 先进HIL硬件系统

1.1 高性能实时处理器

lIntel Xeon E3-1275 v3 3.5GHz 4Core CPU

l实时操作系统

l4个核可独立分配模型运算，且支持多任务、分布式并行计算，在simulink模型中实现对此功能的配置与模型分配。

l最大模型周期可支持 1MHz ，支持典型的 2-500 kHz模型周期

l主机具备DDR3 4GB内存

l机箱支持16 I/O 板卡，基于PCI Express技术

l主机支持多机箱扩展，支持PCI Express Gen3 接口16Gbps传输速率

l主机自带接口包括：1个DP、2个GigabitEthernet、3个USB、1个DI（支持模型/软件访问）、1个DO（支持模型/软件访问），互锁（支持模型软件）

l外部电源输入接口（支持模型/软件访问）

1.2 工业级IO板卡：

所有IO板卡满足如下通用的技术要求：

l所有IO信号无需调理板卡。

l所有板卡都有对应的Simulink库文件，实现通过模型及软件方式配置板卡输入、输出、内部参数配置。

l每块板卡支持自身故障诊断，故障状态不少于40个。

l每块板卡可硬件拨叉开关设置板卡编号

l每块板卡具备指示灯指示4种工作状态。

l所有板卡自带故障设置功能，无需外围硬件支持，具备对地、对电源、悬空

l故障开关可通过simulink模型或者软件进行设置，同时可以读取故障状态。

l输入输出接口都可连接负载箱体、通过软件设置即可实现对内部/外部负载开源、内部/外部电源的上下拉开关、反馈开关、内部/外部电源的短接设置。

l所有板卡都具备过电流保护及互锁保护功能

1.3 现代化集中式软件

一个登陆界面实现对HELIOS系统的硬件管理、实验监控界面的开发、自动化测试实现。软件系统架构如下：

系统管理软件

试验监控软件，现代化UI

自动测试软件

2 CarDYNA燃料电池仿真整车动力学仿真模型

CarDYNA基于多体动力学的凯恩方法，借助于Matlab/Simulink平台模型开发，可用于传统车辆以及新能源车辆相关控制系统的开发，在模型在环（MIL）阶段辅助客户完成控制策略的快速验证；在硬件在环（HIL）阶段用于控制器功能测试。CarDYNA仿真模型分为两大部分：开放架构式的仿真模型、部件分类化的参数化文件；方便模型与参数的管理。CarDYNA模型根据不同的需求，可配置为专用于新能源汽车的纯电动/混合动力整车模型；专用于传统燃油发动机的发动机动力学仿真模型（柴油机满足国六排放系统要求）、用于底盘相关的复杂车辆动力学仿真模型等。

CarDYNA车辆动力学模型针对新能源整车（纯电、混合动力、燃料电池）仿真模型架构清晰，可实现对VCU、FCU、BMS、MCU的开发和测试，提供完整的模块。同时考虑该项目中的具体需求，定制了某些模块。总体而言，实时仿真车辆模型包含：软件控制单元模型、动力与能源系统模型、传动系统模型、底盘系统模型、道路\驾驶员\操纵工况模型、IO模型。

详情关注：http://www.fuelcellin.com/index.php/home/index/product_desc/10

3 Thermolib燃料电池系统仿真模型

Thermolib燃料电池系统级仿真模型是德国Eutech Scientifc公司为燃料电池系统仿真开发的专用模型。该模型是基于MATLAB®/Simulink®的热力学及燃料电池系统建模和仿真工具箱，主要用于燃料电池控制策略开发（MIL）、燃料电池控制器HIL测试、燃料电池系统仿真验证（模极毒化与老化、气体扩散影响等）。该模型基于工程热物理方法对燃料电池系统进行建模；提供丰富的燃料电池仿真所必须的模型库、气相及液相物质的热力学数据库等。基于Thermolib所搭建的燃料电池系统级仿真模型架构：