当今仍有许多与电动车相关的挑战有待克服。其中之一是为商用车辆的长途行驶持续提供电能。上海燃料电池汽车动力系统有限公司利用燃料电池技术,使用 dSPACE 的仿真器高效开发和验证燃料电池软件。

氢气被视为21世纪最清洁的能源。因此,从氢气中获取电能的燃料电池技术成为了许多汽车公司在未来采用的主要供能方式。考虑到商用车的续航里程要求和效率标准,这种技术在商用车领域的前景尤其广阔。上海燃料电池汽车动力系统有限公司,简称上燃动力,致力于为工业企业提供燃料电池系统。自 2001 年以来,上燃动力已经推出了功率范围在 40 kW 和 55 kW 之间的系统。张灵霞是一名 HIL 测试工程师,主要负责 HIL 测试中的燃料电池控制器以及 HIL 系统的开发和维护,她阐述了公司的总体目标:

“我们收到了许多关于电气化动力系统的需求,特别是在商用车领域。通过全新的高性能燃料电池系统,我们致力提供一种专为商用车量身定制的能源供应解决方案。”

燃料电池系统 START-300E 旨在满足以下要求:

  • 商用车辆的未来运行条件决定了燃料电池的特性。
  • 该系统的氢气消耗量非常低。
  • 它采用紧凑、易于集成的设计。
  • 出色的可靠性以及恒定的电力输出让它独具优势。

开发和测试概念

我们需要适用的燃料电池概念来实现这些特性,并结合强大的控制器来确保最佳的电池运行状态。该公司决定开发一种聚合物电解质燃料电池,该电池是交通应用的理想之选。控制器软件是与燃料电池硬件并行开发的。上燃动力希望能尽早获得控制器的工作原理并尽可能简化设计过程。因此该公司着手寻找合适的解决方案。

“我们的开发人员想要测试对于控制器算法的修正并评估其有效性。由于硬件仍在开发中,我们一直在寻找合适的开发和测试解决方案。我们还希望在最终电子控制单元的发布测试中使用此解决方案。” 刘冯巍解释说,他是上海燃料电池汽车动力系统有限公司电气电子控制部经理。

在与 dSPACE 交流的过程中,他们探讨了基于仿真的方法。他们了解到,dSPACE 拥有一整套用于燃料电池仿真和控制器验证的解决方案。

我们可以在仿真过程中精确检查燃料电池中的电能转化过程。

使用燃料电池发电的 ASM 模型动力传动系统的结构。

仿真是成功的关键
使用 dSPACE 的 HIL 仿真器开发和验证的燃料电池的渲染图。

仿真是成功的关键

在上燃动力,有四名员工在使用HIL仿真器。全体开发人员大约用了两个月时间(包括调试工作)就熟悉了测试系统。现在,这种工具已经广泛运用于他们的日常工作,帮助他们完成工作目标。为了应用于日常测试,在硬件在环仿真器上运行的 ASM 燃料电池仿真必须通过上燃动力的最终验收测试,此测试基于整个运行的自动验证方法。在整个测试过程中,仿真能够满足所有安全要求,并在控制器软件设置和检查的限制范围内运行。

控制器的软件日志中从没有过“power level violation”或“shutdown condition fault”之类的错误代码,这充分地印证了这一点。张灵霞描述了 HIL 仿真器的优势: “HIL仿真器大大提高了我们的测试和验证的效率,同时提高了我们控制器软件的可靠性。” 她补充说: “我们对 dSPACE 的测试解决方案非常满意。它满足了我们对燃料电池全面功能测试的要求。” 仿真器硬件和仿真模型还提供多种配置选项。在后续步骤中,他们使用电气故障测试进行验证。在强大测试系统的支持下,该公司能够更好地打造优质的组件,推动商用车辆的电气化。

(左边)在仿真过程中,清楚地标出了虚拟燃料电池的关键变量。

(右边)通过精确参数化和分析,在电池中高精度仿真电化学过程。

上海燃料电池汽车动力系统有限公司

2001年,为响应国家863计划电动汽车重大专项,实现电动汽车重大专项的产品化、产业化目标,上海燃料电池汽车动力系统有限公司(以下简称上燃动力)在上海成立。

聚合物电解质燃料电池

聚合物电解质燃料电池,也称为质子交换膜燃料电池或固体聚合物燃料电池,是一种低温燃料电池。使用氢气(H2)和氧气(O2)将化学能转化为电能。根据操作点的不同,电气效率大约为60%。固体聚合物膜通常用作电解质。为了获得技术上相关的电压,将多个电池(十个到几百个)串联起来,形成电池组。

由上海燃料电池汽车动力系统有限公司友情提供

作者简介:

刘冯巍

刘冯巍

上海燃料电池汽车动力系统有限公司电气电子控制部经理

张灵霞

张灵霞

上海燃料电池汽车动力系统有限公司HIL测试工程师

《dSPACE杂志》,2021年11月出版

Further Information

  • 氢燃料电池
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    电动汽车燃料电池技术的开发和测试

Product Information

  • ASM Fuel Cell
    ASM Fuel Cell

    ASM Fuel Cell is a model library for the real-time simulation of a proton exchange membrane (PEM) fuel cell system and makes it possible to set up a realistic test environment for the ECU under test.

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