案例分享-氢燃料电池控制器硬件在环（FCU-HIL）测试

氢燃料电池系统是氢能应用的核心动力单元，其控制器的可靠性直接影响整车/整机/发电系统等应用系统的性能与安全。传统测试方法（如台架试验或实车测试）存在成本高、周期长、风险大等问题，且难以覆盖工况。硬件在环仿真（HIL）技术通过高精度实时仿真模型替代真实燃料电池系统，为燃料电池控制器（FCU）提供全工况、高效率的测试环境，成为行业研发与验证的工具。通过HIL技术，我们将助力客户实现氢燃料电池控制系统的高效开发与可靠落地，推动清洁能源技术的商业化进程。

系统功能与优势

远宽&溯驭联合开发的氢燃料电池FCU-HIL仿真测试系统基于高精度模型及实时软硬件平台，提供从部件级到系统级的全栈测试能力：

1.支持全面多样化的研究课题

◆ FCU控制算法开发与验证：动态工况下的控制策略优化、能量管理及优化调度等策略验证。

◆ 系统性能与耐久性评估：电堆及系统健康管理与寿命预测、热管理协同优化等算法验证。

2.高精度燃料电池系统仿真测试

◆ 实时模拟电堆电压/电流特性、氢气供应、空气供应、水热管理等多物理场耦合模型。

◆ 支持PEMFC、SOFC等多种燃料电池类型的动态特性模拟，适配不同功率等级需求。

3.FCU全场景工况闭环仿真测试

◆ FCU控制策略验证：包括功率分配、冷启动、变载冲击、启停逻辑、故障保护等复杂工况测试。

◆ FCU环境适应性验证：高海拔、极寒、高温等工况模拟测试。

◆ 故障注入与容错策略验证：模拟传感器失效、管路泄漏等数百种故障场景模拟测试。

4.智能化测试与仿真数据管理

◆ 定制化上位机支持实时数据采集与可视化分析，快速标定FCU性能参数。

◆ 自动化测试流程管理，脚本一键执行，批量完成功能测试、标定优化与回归验证。

FCU-HIL测试方案

氢燃料电池FCU-HIL仿真测试系统旨在模拟燃料电池系统的运行工况，对FCU的软件、硬件进行闭环测试。测试系统整体架构如下图所示，主要设备包括远宽实时仿真器MT 7020、IO板卡、电阻板卡及溯驭FCU控制器与氢燃料电池系统模型。其中，氢燃料电池系统模型包括燃料电池堆、空气供给子系统、氢气供给子系统、热管理子系统及电气子系统，实时仿真器提供I/O信号、CAN信号、温度采样等通讯接口，以实现仿真模型与控制器之间的闭环数据交互。

具体实施过程为：氢燃料电池模型编译加载至MT 7020的CPU中，MT 7020实时计算输出电堆氢气出/入口压力，截止阀、背压阀反馈、气体流量信号等并通过AO板卡输出给FCU，同时将电堆出/入口、空气、散热器出口温度等信号通过温度电阻卡采样输出给FCU；FCU下发空压机、循环泵、水泵转速及DCDC拉载电流信号CAN信号，并实时计算输出开关阀、比例阀、截止阀、背压阀、节温阀的开关控制信号通过MT 7020的DI板卡传输至氢燃料电池模型的输入端以实现FCU-HIL的闭环交互运行。

实际工程案例

下图为远宽与溯驭合作开发的FCU-HIL实时仿真测试平台，基于该平台完成了氢燃料电池系统全工况的FCU动态HIL闭环、变载工况测试等实验。

80kW氢燃料电池全系统FCU-HIL测试结果如下图所示，仿真结果中关键指标动态波动曲线及数值与同功率系统实物平台测试结果数据对标一致。

FCU上位机数据显示界面

HIL仿真系统上位机显示界面

拓展应用测试

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基于HIL的燃料电池系统FCU低温启动策略优化与验证

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基于数字孪生的燃料电池寿命预测与健康管理（PHM）

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基于HIL的燃料电池动态工况下的自适应能量管理策略验证

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多ECU协同HIL测试：燃料电池与整车控制集成验证

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基于HIL的燃料电池无人机动力系统控制策略实时仿真验证

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基于HIL的氢电混合动力系统能量管理策略仿真验证

技术应用核心价值

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实时仿真：μs级响应，满足燃料电池控制系统动态响应需求。

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快速扩展：模块化设计，支持电堆、BOP部件等快速扩展集成。

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降本增效：减少90%以上的真实系统测试成本，缩短开发周期，加速FCU功能验证与迭代。

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安全可靠：避免真实场景中氢气、中高压、易燃易爆等风险，极限工况测试无忧。

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标准兼容：满足ISO 26262（功能安全）、GB/T 24549（燃料电池汽车）等认证要求。