未来卡车、公共汽车和重型设备如何供电？海易森汽车股份有限公司 的答案非常明确：使用氢燃料电池。为此，该公司不仅开发了许多关键技术，而且还积极参与推动建设清洁氢气的供应基础设施。海易森通过使用 dSPACE 技术进行 ECU 验证。
燃料电池提供电能而不会释放二氧化碳或污染物，因此作为一种气候友好型能源供应来源越来越受到能源和汽车行业的关注。鉴于特殊的续航里程要求和效率标准，这在交通出行领域，尤其是对于商用车而言，是一个有吸引力的选择。它将氢气和氧气之间的反应所释放的化学能转化为电能。由于氢只存在于自然界的化合物中（例如，与氧一起存在于水中），所以首先必须将其分离出来（通常通过电解的方法）。该项技术只有在电解所用的电力在没有排放的情况下生成时，才真正实现气候中和。
清洁、价格实惠、在任何地方都能获取
总部位于纽约罗切斯特的美国公司海易森股份有限公司 致力于实现这一目标，并积极为清洁氢气建立灵活而耐用的供应基础设施。其愿景是：在任何地方都能买到的价格实惠的氢气，并且专门利用沼气、甲烷、太阳能、风能或废弃物等可再生资源来生产氢气。该公司与各合作伙伴携手，致力于在当地生产氢气，以最大限度减少运输成本。
Hyzon 的核心业务是开发和生产零排放的质子交换膜 (PEM) 燃料电池系统，并将其集成到卡车等商用车中。该公司是世界上首批使用氢燃料电池动力总成技术为重型商用车提供动力的原始设备制造商之一。
没有 FCU，就没有燃料电池系统
每个燃料电池系统的“大脑”都是燃料电池控制单元 (FCU)。它利用一系列控制算法来控制整个系统的各种组件，例如氢注入、气门、泵和压缩机。Hyzon Motors 共同负责控制器软件开发的软件测试经理 Daniel Kang 表示，“为了尽可能高效开发所需的 FCU 软件，我们希望能够在早期阶段（甚至在真正的燃料电池系统可用之前）对其反复进行测试和优化，”
因此，海易森需要一个系统，该系统能够用来测试 FCU 与燃料电池系统的运行相关的所有功能，并且包括一个用于仿真 FCU 环境的燃料电池模型。该公司所寻找的测试解决方案还需要帮助开发团队完成其他任务，例如，创建在每个新软件版本上运行的自动回归测试的目录。
由于我们通过 HIL 系统进行了大量的初步试验，FCU 的第一个软件版本很快就可以运行了。我们不仅可以检查所有的基本 I/O，还可以检查闭环控制回路，以确保在放到真实系统中之前我们的软件能够正常工作。
FCU 软件可扩展测试解决方案
海易森开始寻找能够提供合适的硬件在环 (HIL) 测试平台和燃料电池系统实时工厂模型的供应商。Daniel Kang 说道，“dSPACE 是能够在一个集成解决方案中同时提供这两种产品的为数不多的供应商之一。”海易森选择了 dSPACE 灵活可扩展的 HIL 测试解决方案，该解决方案配备了具有可连接 FCU 的所有相关接口的强大实时仿真硬件。在软件方面，该解决方案通过 dSPACE ASM 燃料电池模型库加以完善，该模型库不仅包含燃料电池系统模型，还包含动力传动系统、电机、电池和行驶阻力的模型。该解决方案能够实时仿真燃料电池系统，并为 FCU 创建真实的测试环境。通过将 HIL 系统和合适的被控对象模型相结合，开发人员很快就能够有效测试 FCU 软件并进行初始校准，甚至不需要将其放在真实系统中。
将 HIL 测试集成到 FCU 开发中
如今，海易森对每个新的 FCU 软件版本都进行 HIL 测试，以便在组件级别测试软件功能。开发团队还首先在 dSPACE HIL 系统中测试新的控制策略，以确保它们按预期工作，或者尽早解决潜在问题。早期软件校准已被证明是特别高效的：当后期在真实系统中进行性能测试时，FCU 软件已经比早期测试时成熟得多了。同时，开发人员还使用 dSPACE HIL 系统来重现和解决真实的燃料电池系统中出现的问题。
从 I/O 接口测试到闭环测试
海易森采用 dSPACE 解决方案执行的 HIL 测试，范围涵盖基本 I/O 测试（检查 FCU 的所有输入和输出（数字、模拟和 CAN）是否正确操作）到控制回路的闭环测试。作为闭环测试的一部分，开发团队会检查是否确保所有设定值在预定义的稳定时间后都与其实际值匹配，从而确保所有闭环控制回路稳定。ASM 燃料电池仿真模型可以详细检查以下变量:
- 阳极出口压力
- 阴极气流
- 压缩机速度和出口压力
- 电堆冷却剂入口和出口温度
dSPACE 解决方案首次获得成功
Daniel Kang 高兴地表示，“由于开发团队能够通过HIL 系统进行了大量的初步试验，FCU 的第一个软件版本很快就可以运行了— 甚至在它被安装在一个真实系统上之前。”当开发人员能够在真实系统上部署软件时，他们就能够在相对短的时间内成功地将其启动并运行。他们将这一成功归功于通过 HIL 系统所进行的大量测试。
当涉及重现潜在的关键测试场景时，HIL 系统也被证明是一个破局者：现在，测试可轻松囊括超出正常工作范围的电池电流、温度和压力的工作范围，而不必担心会损坏真正的燃料电池系统。只需点击几下即可快速更新和扩展燃料电池系统的功能，也使开发团队能够在不同的系统和系统版本上快速灵活地测试新的控制软件。
总结与展望
当被问及使用 dSPACE 测试解决方案的体验时，Daniel Kang 给出了非常积极的反馈：“我也使用过其他 HIL 系统，我认为，dSPACE 提供的HIL 硬件和软件属于市场上最优秀的产品。测试系统的可扩展性非常出色：这些测试系统的设计使其能够很容易就适应新的配置。总的来说，我对 HIL 系统非常满意，它帮助我们提高了软件测试能力。”
目前，海易森已经成功使用 HIL 系统开发了下一代 FCU。此外，海易森正在持续努力推动燃料电池所有关键组件的技术进步。我们有望看到未来氢领域出现一些令人兴奋的创新和产品商业化。
由海易森汽车股份有限公司提供
《dSPACE杂志》，2023年7月出版
