CN115933437A - 一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，包括燃料电池被控对象模型、FCU‑HIL交互I/O电气接口模型库、HIL半实物仿真测试环境软件及硬件配置开发流程。本发明可以对燃料电池运行过程中各种工况及故障进行模拟，对控制策略进行快速测试检验，提高燃料电池控制策略及控制器的测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法。
背景技术
燃料电池是一个复杂的动态系统，其运行参数如进气温度、压力、流量、湿度等的控制具有时变性、非线性、滞后性及强耦合的特点。一个良好的控制策略/系统是燃料电池稳定运行、缩短响应时间、提升性能及使用寿命等的核心，更是燃料电池产品开发、商业化发展的关键。
燃料电池控制器(Fuel Cell Control Unit，以下简称FCU)是控制系统的“大脑”，是全部燃料电池控制策略实现的载体。在燃料电池系统控制策略开发完成后，必须对其进行全面的功能测试，特别是极限工况验证和故障注入测试。如用实际的燃料电池台架进行测试，不仅很多工况难以实现，还要付出高昂的时间和成本代价；利用硬件在半实物仿真平台(Hardware-In-Loop，以下简称HIL)可进行各种工况，特别是极限和故障工况下的测试，可对燃料电池控制策略进行快速有效的验证。
燃料电池控制器HIL半实物仿真系统主要包括燃料电池被控模型、输入输出(Input/Output，以下简称I/O)电气接口模型库、操作界面(上位机)以及实时目标机。
相较于发展已趋于成熟的VCU、MCU、ECU等控制器，目前针对FCU的HIL半实物仿真系统还处于初期发展阶段，各关键环节的开发精度有待提升，主要表现为以下几个方面：
缺乏专门针对FCU-HIL半实物仿真测试系统的I/O电气接口模型库，以使被控对象模型与FCU实物的输入输出交互更高效简易；
针对燃料电池的被控对象模型精度有待提高，以更好地表征实际被控对象的运行状态；
缺乏专门针对FCU-HIL半实物仿真测试系统实验操作界面，以使测试管理及交互过程更直观便捷。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，包括燃料电池控制器，还包括燃料电池系统仿真模型单元、FCU-HIL交互I/O电气接口模型单元、实时目标机、硬件I/O板卡、故障注入单元、辅助系统(Balance of Plant，BOP)及传感器单元和HIL测试系统上位机，所述燃料电池控制器与故障注入单元和BOP及传感器单元均交互连接，故障注入单元和BOP及传感器单元通过硬件I/O板卡与实时目标机相交互连接，实时目标机与FCU-HIL交互I/O电气接口模型单元相交互连接，FCU-HIL交互I/O电气接口模型单元与燃料电池系统仿真模型单元相交互连接，燃料电池系统仿真模型单元的输出端与实时目标机的输入端相连，燃料电池控制器与HIL测试系统上位机相交互连接；
构成HIL测试系统的软件和硬件配置步骤，
步骤1：构成HIL测试系统软件配置，包括以下步骤：
步骤1.1：根据燃料电池解析模型基于Python、C语言或Matlab搭建燃料电池被控模型，并对被控模型进行参数标定和调试校核；
步骤1.2：根据各BOP及传感器电气参数及被控模型状态梳理FCU与被控模型各输入输出信号对应关系及各电气件信号转换方式，并基于Python、C或Matlab搭建FCU-HIL电气交互I/O接口模型；
步骤1.3：梳理HIL系统所有测试参数和故障状态参数，并搭建实验管理、故障注入和自动测试软件上位机界面；
步骤1.4：在计算机中完成实时目标机的软件配置，并在Python、C语言或Matlab中将步骤1.1中的被控模型与步骤1.2中的接口模型连接到目标机；
步骤1.5：在编译工具内将步骤1.1中的被控对象模型与步骤1.2中的接口模型通过编译下载到实时目标机中；
步骤2：完成HIL测试系统硬件配置，包括以下步骤：
步骤2.1：对HIL各信号板卡所有I/O接口进行激励测试，测验每个PIN脚是否在正常限值内能够收发信号；
步骤2.2：将FCU各输入输出信号线根据其所属信号类型及电气接口模型对应板卡通道接到各I/O信号板对应的PIN脚；
步骤3：完成步骤1软件配置和步骤2硬件配置后，通过步骤1.3中的实验管理软件上位机操控HIL系统进行FCU开闭环测试，对电气接口模型及被控对象模型完成进一步调试校验；
步骤4：在步骤3校核后的HIL测试系统上对FCU进行功能、性能仿真测试；
步骤5：根据FCU实际测试需求判断是否需要进行故障模拟，
如是，则在FCU与硬件板卡间接入故障注入单元并通过操控上位机完成FCU故障模拟测试，
如否，即已完成FCU功能、性能的HIL仿真测试；
步骤6：根据步骤4和步骤5完成FCU功能、性能、故障模拟完整仿真测试算例，获取全部仿真测试数据，分析结果并编写仿真测试算例报告；
步骤7：通过步骤6后，可通过自动测试软件上位机操控对FCU的工况仿真进行自动化测试；
步骤8：结合仿真测试输出及分析结果，对FCU功能、性能进行评估。
优选地，所述的一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，步骤1.3中HIL系统所有测试参数包括FCU控制量、各BOP及传感器状态参数等。
优选地，所述的一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，针对燃料电池系统被控对象模型的构建，包括以下步骤：
步骤1：基于燃料电池阳极气体和阴极气体实际物性参数，建立阳极反应气和阴极反应气的物性库；
步骤2：基于燃料电池系统供氢路BOP的实际性能参数及管路结构搭建阳极侧氢气供给系统模型；
步骤3：基于燃料电池系统供空路BOP的实际性能参数及管路结构搭建阴极侧空气供给系统模型；
步骤4：基于燃料电池系统供水路BOP的实际性能参数及管路结构搭建温度管理冷却水供给系统模型；
步骤5：基于DCDC实际电气参数及实验所测发电性能数据搭建DCDC功率负载模型；
步骤6：基于燃料电池/堆的实际结构、反应机理及物化性能参数搭建燃料电池/堆模型；
步骤7：将步骤1中建立的阳/阴极反应气物性库作为步骤2和步骤3中阳/阴极侧氢气供给系统模型的输入源项，联立方程计算可得阳/阴极流场总压力及阳/阴极各组分气体压力，与步骤4中温度管理冷却水供给系统模型联立计算所得冷却液出/入堆温度项及步骤5中DCDC功率负载模型模型模拟所得负载电流作为步骤6中燃料电池/堆模型输入项联立计算输出燃料电池系统运行电压/功率；
步骤8：通过输入实际测试工况输入条件及电性能数据，对被控模型进行参数标定及调试校核，提升被控对象模型精度。
优选地，所述的一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统，电池阳极气体和阴极气体实际物性参数包括：流量、压力、各组分质量分数、摩尔质量、摩尔分数和气体分压；
阳极侧氢气供给系统模型包括进氢比例阀模型、阳极进气歧管模型、阳极气体流场模型、阳极排气阀模型、阳极排水阀模型和氢气循环泵模型；
阴极侧空气供给系统模型包括空压机模型、中冷器模型、增湿器模型、截止阀模型、阴极进气歧管模型、阴极流场模型、阴极排气歧管模型和背压阀模型；
温度管理冷却水供给系统模型包括冷却水循环泵模型、加热PTC模型、散热风扇模型、节温器模型、中冷器模型和电堆散热模型；
燃料电池/堆的实际结构、反应机理及物化性能参数搭建燃料电池/堆模型包括：
(1)模拟阳极燃料气扩散传输、催化吸附、电化学反应的阳极侧模型；
(2)模拟电解质膜离子传输、水跨膜传输、氮气跨膜传输电解质膜模型；
(3)模拟阴极燃料气扩散传输、催化吸附、电化学反应的阴极侧模型。
优选地，所述的一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，FCU-HIL交互I/O电气接口模型库的构建，包括以下步骤：
1、基于各子系统BOP被控电气件I/O信号类型及转换方式搭建接口转换模型并对每个电气件进行单独模块封装；
2、基于各类传感器的信号类型及转换方式搭建接口转换模型并对每类传感器进行单独模块封装；
3、基于CAN驱动模块及各电气件CAN通讯报文信息完成CAN报文解包/打包模块的配置，基于数字板卡、模拟板卡、电阻版卡、电流板卡驱动模块完成对应信号I/O模块的配置；
4、根据各电气件及传感器I/O信号类型，完成与对应板卡驱动模块通道的匹配连接。
优选地，所述的一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，接口转换模型包括
(1)进氢比例阀电气转换模型、氢气循环泵电气转换模型、排气阀电气转换模型、排水阀电器转换模型的阳极供氢路电气接口库；
(2)空压机电气转换模型、截止阀电气转换模型、背压阀电气转换模型的阴极供氢路电气接口库；
(3)水泵电气转换模型、加热PTC电气转换模型、风扇电气转换模型、散热器电器转换模型的阴极供氢路电气接口库。
优选地，所述的一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，传感器包括：温度传感器电气转换模型、压力传感器电气转换模型、流量传感器电气转换模型和浓度传感器电气转换模型。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、本发明采用半实物仿真测试系统对FCU进行测试，提高燃料电池控制策略及控制器的测试效率。
2、本发明中的燃料电池被控模型、FCU-HIL交互I/O电气接口模型库的构建，完善了FCU-HIL仿真测试系统的主要模块。
3、本发明基于半实物仿真平台的燃料电池控制器HIL测试，增强了燃料电池控制器的功能实现、稳定性及与被控对象的匹配性，提高FCU的开发效率。
4、本发明通过极限工况及故障注入的测试，降低实际测试时间、成本、风险以及缩短产品开发周期。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明的FCU-HIL仿真测试系统架构图；
图2是本发明的FCU-HIL仿真测试系统开发流程图；
图3是本发明的燃料电池系统被控模型示意图；
图4是本发明的FCU-HIL交互I/O电气接口模型库示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例
如图1所示，一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，包括燃料电池控制器1，还包括燃料电池系统(被控对象)仿真模型单元2、FCU-HIL交互I/O电气接口模型单元3、实时目标机4、硬件I/O板卡5、故障注入单元6、BOP及传感器单元7和HIL测试系统上位机8，所述燃料电池控制器1与故障注入单元6和BOP及传感器单元7均交互连接，故障注入单元6和BOP及传感器单元7通过硬件I/O板卡5与实时目标机4相交互连接，实时目标机4与FCU-HIL交互I/O电气接口模型单元3相交互连接，FCU-HIL交互I/O电气接口模型单元3与燃料电池系统仿真模型单元2相交互连接，燃料电池系统仿真模型单元2的输出端与实时目标机4的输入端相连，燃料电池控制器1与HIL测试系统上位机8相交互连接。
其中，
燃料电池系统(被控对象)仿真模型，包括：电堆模型、阳极侧氢气供给系统模型、阴极侧空气供给系统模型、温度管理冷却水供给系统模型和DCDC功率负载模型；
FCU-HIL交互I/O电气接口模型，包括各被控BOP电气件接口转换模型、各类传感器电气接口转换模型、CAN报文解包/打包模块、数字/模拟/电阻/电流信号I/O模块；
运行仿真计算的实时目标机；
硬件I/O板卡，包括：CAN卡、数字板卡、模拟板卡、电阻板卡、电流板块等；
HIL测试系统上位机，包括：实验管理软件、故障注入软件、自动测试软件等；
BOP及传感器单元包括FCU、故障注入单元、BOP/传感器等。
如图2所示，构成HIL测试系统的软件和硬件配置，
步骤1：构成HIL测试系统软件配置，包括以下步骤：
步骤1.1：根据燃料电池解析模型基于Python、C语言或Matlab搭建燃料电池被控模型，并对被控模型进行参数标定和调试校核；
步骤1.2：根据各辅助系统(Balance of Plant，BOP)及传感器电气参数及被控模型状态梳理FCU与被控模型各输入输出信号对应关系及各电气件信号转换方式，并基于Python、C或Matlab搭建FCU-HIL电气交互I/O接口模型；
步骤1.3：梳理HIL系统所有测试参数和故障状态参数，并搭建实验管理、故障注入和自动测试软件上位机界面；
步骤1.4：在计算机中完成实时目标机的软件配置，并在Python、C语言或Matlab中将步骤1.1中的被控模型与步骤1.2中的接口模型连接到目标机；
步骤1.5：在编译工具内将步骤1.1中的被控对象模型与步骤1.2中的接口模型通过编译下载到实时目标机中；
步骤2：完成HIL测试系统硬件配置，包括以下步骤：
步骤2.1：对HIL各信号板卡所有I/O接口进行激励测试，测验每个PIN脚是否在正常限值内能够收发信号，对不合格的进行调试或更换板卡；
步骤2.2：将FCU各输入输出信号线根据其所属信号类型及电气接口模型对应板卡通道接到各I/O信号板对应的PIN脚；
步骤3：完成步骤1软件配置和步骤2硬件配置后，通过步骤1.3中的实验管理软件上位机操控HIL系统进行FCU开闭环测试，对电气接口模型及被控对象模型完成进一步调试校验；
步骤4：在步骤3校核后的HIL测试系统上对FCU进行功能、性能仿真测试；
步骤5：根据FCU实际测试需求判断是否需要进行故障模拟，
如是，则在FCU与硬件板卡间接入故障注入单元并通过操控上位机完成FCU故障模拟测试，
如否，即已完成FCU功能、性能的HIL仿真测试；
步骤6：根据步骤4和步骤5完成FCU功能、性能、故障模拟完整仿真测试算例，获取全部仿真测试数据，分析结果并编写仿真测试算例报告；
步骤7：通过步骤6后，可通过自动测试软件上位机操控对FCU的工况仿真进行自动化测试；
步骤8：结合仿真测试输出及分析结果，对FCU功能、性能进行评估。
本发明中步骤1.3中HIL系统所有测试参数包括FCU控制量、各BOP及传感器状态参数等。
如图3所示，针对燃料电池系统被控对象模型的构建，包括以下步骤：
步骤1：基于燃料电池阳极气体和阴极气体实际物性参数，包括流量、压力、各组分质量分数、摩尔质量、摩尔分数、气体分压等建立阳极反应气和阴极反应气的物性库；
步骤2：基于燃料电池系统供氢路BOP的实际性能参数及管路结构搭建阳极侧氢气供给系统模型，包括进氢比例阀模型、阳极进气歧管模型、阳极气体流场模型、阳极排气阀模型、阳极排水阀模型、氢气循环泵模型等；
步骤3：基于燃料电池系统供空路BOP的实际性能参数及管路结构搭建阴极侧空气供给系统模型，包括空压机模型、中冷器(热流体)模型、增湿器模型、截止阀模型、阴极进气歧管模型、阴极流场模型、阴极排气歧管模型、背压阀模型等；
步骤4：基于燃料电池系统供水路BOP的实际性能参数及管路结构搭建温度管理冷却水供给系统模型，包括冷却水循环泵模型、加热PTC模型、散热风扇模型、节温器模型、中冷器(冷流体)模型、电堆散热模型等；
步骤5：基于DCDC实际电气参数及实验所测发电性能数据搭建DCDC功率负载模型；
步骤6：基于燃料电池/堆的实际结构、反应机理及物化性能参数搭建燃料电池/堆模型，包括：
(1)模拟阳极燃料气扩散传输、催化吸附、电化学反应的阳极侧模型；
(2)模拟电解质膜离子传输、水跨膜传输、氮气跨膜传输电解质膜模型；
(3)模拟阴极燃料气扩散传输、催化吸附、电化学反应的阴极侧模型；
步骤7：将步骤1中建立的阳/阴极反应气物性库作为步骤2和步骤3中阳/阴极侧氢气供给系统模型的输入源项，联立方程计算可得阳/阴极流场总压力及阳/阴极各组分气体压力，与步骤4中温度管理冷却水供给系统模型联立计算所得冷却液出/入堆温度项及步骤5中DCDC功率负载模型模型模拟所得负载电流作为步骤6中燃料电池/堆模型输入项联立计算输出燃料电池系统运行电压/功率；
步骤8：通过输入实际测试工况输入条件及电性能数据，对被控模型进行参数标定及调试校核，提升被控对象模型精度。
如图4所示，FCU-HIL交互I/O电气接口模型库的构建，包括以下步骤：
1、基于各子系统BOP被控电气件I/O信号类型及转换方式搭建接口转换模型并对每个电气件进行单独模块封装，包括：
(1)进氢比例阀电气转换模型、氢气循环泵电气转换模型、排气阀电气转换模型、排水阀电器转换模型的阳极供氢路电气接口库；
(2)空压机电气转换模型、截止阀电气转换模型、背压阀电气转换模型的阴极供氢路电气接口库；
(3)水泵电气转换模型、加热PTC电气转换模型、风扇电气转换模型、散热器电器转换模型的阴极供氢路电气接口库；
2、基于各类传感器的信号类型及转换方式搭建接口转换模型并对每类传感器进行单独模块封装，包括：温度传感器电气转换模型、压力传感器电气转换模型、流量传感器电气转换模型、浓度传感器电气转换模型；
3、基于CAN驱动模块及各电气件CAN通讯报文信息完成CAN报文解包/打包模块的配置，基于数字板卡、模拟板卡、电阻版卡、电流板卡驱动模块完成对应信号I/O模块的配置；
4、根据各电气件及传感器I/O信号类型，完成与对应板卡驱动模块通道的匹配连接。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或竖直，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，包括燃料电池控制器(1)，其特征在于：还包括燃料电池系统仿真模型单元(2)、FCU-HIL交互I/O电气接口模型单元(3)、实时目标机(4)、硬件I/O板卡(5)、故障注入单元(6)、BOP及传感器单元(7)和HIL测试系统上位机(8)，所述燃料电池控制器(1)与故障注入单元(6)和BOP及传感器单元(7)均交互连接，故障注入单元(6)和BOP及传感器单元(7)通过硬件I/O板卡(5)与实时目标机(4)相交互连接，实时目标机(4)与FCU-HIL交互I/O电气接口模型单元(3)相交互连接，FCU-HIL交互I/O电气接口模型单元(3)与燃料电池系统仿真模型单元(2)相交互连接，燃料电池系统仿真模型单元(2)的输出端与实时目标机(4)的输入端相连，燃料电池控制器(1)与HIL测试系统上位机(8)相交互连接；
构成HIL测试系统的软件和硬件配置步骤，
步骤1：构成HIL测试系统软件配置，包括以下步骤：
步骤1.1：根据燃料电池解析模型基于Python、C语言或Matlab搭建燃料电池被控模型，并对被控模型进行参数标定和调试校核；
步骤1.2：根据各BOP及传感器电气参数及被控模型状态梳理FCU与被控模型各输入输出信号对应关系及各电气件信号转换方式，并基于Python、C或Matlab搭建FCU-HIL电气交互I/O接口模型；
步骤1.3：梳理HIL系统所有测试参数和故障状态参数，并搭建实验管理、故障注入和自动测试软件上位机界面；
步骤1.4：在计算机中完成实时目标机的软件配置，并在Python、C语言或Matlab中将步骤1.1中的被控模型与步骤1.2中的接口模型连接到目标机；
步骤1.5：在编译工具内将步骤1.1中的被控对象模型与步骤1.2中的接口模型通过编译下载到实时目标机中；
步骤2：完成HIL测试系统硬件配置，包括以下步骤：
步骤2.1：对HIL各信号板卡所有I/O接口进行激励测试，测验每个PIN脚是否在正常限值内能够收发信号；
步骤2.2：将FCU各输入输出信号线根据其所属信号类型及电气接口模型对应板卡通道接到各I/O信号板对应的PIN脚；
步骤3：完成步骤1软件配置和步骤2硬件配置后，通过步骤1.3中的实验管理软件上位机操控HIL系统进行FCU开闭环测试，对电气接口模型及被控对象模型完成进一步调试校验；
步骤4：在步骤3校核后的HIL测试系统上对FCU进行功能、性能仿真测试；
步骤5：根据FCU实际测试需求判断是否需要进行故障模拟，
如是，则在FCU与硬件板卡间接入故障注入单元并通过操控上位机完成FCU故障模拟测试，
如否，即已完成FCU功能、性能的HIL仿真测试；
步骤6：根据步骤4和步骤5完成FCU功能、性能、故障模拟完整仿真测试算例，获取全部仿真测试数据，分析结果并编写仿真测试算例报告；
步骤7：通过步骤6后，可通过自动测试软件上位机操控对FCU的工况仿真进行自动化测试；
步骤8：结合仿真测试输出及分析结果，对FCU功能、性能进行评估。
2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，其特征在于：步骤1.3中HIL系统所有测试参数包括FCU控制量、各BOP及传感器状态参数。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，其特征在于：针对燃料电池系统被控对象模型的构建，包括以下步骤：
步骤1：基于燃料电池阳极气体和阴极气体实际物性参数，建立阳极反应气和阴极反应气的物性库；
步骤2：基于燃料电池系统供氢路BOP的实际性能参数及管路结构搭建阳极侧氢气供给系统模型；
步骤3：基于燃料电池系统供空路BOP的实际性能参数及管路结构搭建阴极侧空气供给系统模型；
步骤4：基于燃料电池系统供水路BOP的实际性能参数及管路结构搭建温度管理冷却水供给系统模型；
步骤5：基于DCDC实际电气参数及实验所测发电性能数据搭建DCDC功率负载模型；
步骤6：基于燃料电池/堆的实际结构、反应机理及物化性能参数搭建燃料电池/堆模型；
步骤7：将步骤1中建立的阳/阴极反应气物性库作为步骤2和步骤3中阳/阴极侧氢气供给系统模型的输入源项，联立方程计算可得阳/阴极流场总压力及阳/阴极各组分气体压力，与步骤4中温度管理冷却水供给系统模型联立计算所得冷却液出/入堆温度项及步骤5中DCDC功率负载模型模型模拟所得负载电流作为步骤6中燃料电池/堆模型输入项联立计算输出燃料电池系统运行电压/功率；
步骤8：通过输入实际测试工况输入条件及电性能数据，对被控模型进行参数标定及调试校核，提升被控对象模型精度。
4.根据权利要求3所述的一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，其特征在于：电池阳极气体和阴极气体实际物性参数包括：流量、压力、各组分质量分数、摩尔质量、摩尔分数和气体分压；
阳极侧氢气供给系统模型包括进氢比例阀模型、阳极进气歧管模型、阳极气体流场模型、阳极排气阀模型、阳极排水阀模型和氢气循环泵模型；
阴极侧空气供给系统模型包括空压机模型、中冷器模型、增湿器模型、截止阀模型、阴极进气歧管模型、阴极流场模型、阴极排气歧管模型和背压阀模型；
温度管理冷却水供给系统模型包括冷却水循环泵模型、加热PTC模型、散热风扇模型、节温器模型、中冷器模型和电堆散热模型；
燃料电池/堆的实际结构、反应机理及物化性能参数搭建燃料电池/堆模型包括：
(1)模拟阳极燃料气扩散传输、催化吸附、电化学反应的阳极侧模型；
(2)模拟电解质膜离子传输、水跨膜传输、氮气跨膜传输电解质膜模型；
(3)模拟阴极燃料气扩散传输、催化吸附、电化学反应的阴极侧模型。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，其特征在于：FCU-HIL交互I/O电气接口模型库的构建方法，包括以下步骤：
1、基于各子系统BOP被控电气件I/O信号类型及转换方式搭建接口转换模型并对每个电气件进行单独模块封装；
2、基于各类传感器的信号类型及转换方式搭建接口转换模型并对每类传感器进行单独模块封装；
3、基于CAN驱动模块及各电气件CAN通讯报文信息完成CAN报文解包/打包模块的配置，基于数字板卡、模拟板卡、电阻版卡、电流板卡驱动模块完成对应信号I/O模块的配置；
4、根据各电气件及传感器I/O信号类型，完成与对应板卡驱动模块通道的匹配连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，其特征在于：接口转换模型包括
(1)进氢比例阀电气转换模型、氢气循环泵电气转换模型、排气阀电气转换模型、排水阀电器转换模型的阳极供氢路电气接口库；
(2)空压机电气转换模型、截止阀电气转换模型、背压阀电气转换模型的阴极供氢路电气接口库；
(3)水泵电气转换模型、加热PTC电气转换模型、风扇电气转换模型、散热器电器转换模型的阴极供氢路电气接口库。
7.根据权利要求5所述的一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法，其特征在于：传感器包括：温度传感器电气转换模型、压力传感器电气转换模型、流量传感器电气转换模型和浓度传感器电气转换模型。
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|---|---|---|---|
| CN202211710847.XA CN115933437A (zh) | 2022-12-29 | 2022-12-29 | 一种用于燃料电池控制器的半实物仿真测试系统开发方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117518869A (zh) * | 2023-11-14 | 2024-02-06 | 浙江华电器材检测研究院有限公司 | 一种配电网硬件在环仿真方法及相关设备 |
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