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廣州富瑞博科技有限公司
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德國ETAS氫燃料電池HIL方案- FCU HIL測試方案
德國ETAS氫燃料電池HIL方案- FCU HIL測試方案
ETAS GmbH 成立于 1994 年，是羅伯特博世聯合企業的一部分，是車用電子控制系統以 及相關嵌入式控制系統軟件開發工具和測試設備的供應商。ETAS 致力于為車用嵌 入式系統的整個生命周期提供支持性的創新產品。ETAS 可向的汽車 OEM 以及電控 單元的一級供應商提供產品與服務。本公司在擁有約 700 名員工，年營業額達到約 1.4 億歐元。以下是有關本公司的概要介紹。ETAS 化網絡是在范圍內構建起的一個由辦事機構和研發中心組成的網絡，通 過該網絡進行產品的開發、配置并提供技術支持。本公司相信，對于建立長期、成功 的客戶關系來說，在地理位置上與客戶接近將具有至關重要的意義。ETAS 集團總部位 于德國斯圖加特，在美國、日本、韓國、中國、印度、法國、英國、意大利、巴西及 俄羅斯聯邦均設有地區分公司或辦事機構。每一處辦事機構都提供客戶賬戶管理、客 戶技術支持、區域內項目管理以及工程技術服務資源等。
與純電動汽車相比，氫燃料電池汽車具有加注時間短，續航里程長等優勢，是未來汽車工業可持續化發展的重要方向。目前，氫燃料電池汽車產業正在興起。氫能是一種清潔能源，氫燃料電池只會產生水和熱，并不會產生二氧化碳，對環境無任何污染。
燃料電池電動汽車技術是目前世界環保汽車技術的熱點，我國應更加積極開展燃料電池電動汽車技術研究，較快縮小與西方汽車工業發達國家的汽車環保技術的差距，從能源和環保角度來講，進行燃料電池電動汽車技術開發對能源多樣化，發展燃料電池汽車，將促進一系列技術和產業的發展，形成國民經濟發展的新增長點。
燃料電池是一種很有前途的清潔能源，在未來很可能代替傳統能源成為主要能源。所以，很多國家和跨國集團都極其重視燃料電池技術的開發和研究。美國將燃料電池技術列為國家安全技術;歐盟在2008年制定了2020年氫能與燃料電池發展計劃，投資近10億歐元用于燃料電池與氫能研究、技術開發及驗證等方面;加拿大計劃將燃料電池發展成國家的之助產業;日本認為燃料電池技術是21世紀能源環境領域的核心;《時代》周刊將燃料電池電動汽車列為21世紀10大高技術;我國中長期科學和技術發展規劃綱要明確提出，大力發展氫燃料的制取、存儲及專用燃料電池技術的開發與研究，提高產業化技術。
近20年來，我國科技人員經過不懈努力，盡管燃料電池及材料的開發和應用得到了極大的進展，但由于研究投入和產業化資金數量很少，燃料技術的總體水平與發達國家相比還有較大差距，燃料電池技術的阻力主要在于基礎設施匱乏，技術人才不足，成本高、耐久性差，研究力量分散，產業化體系尚未形成，尤其是缺少企業的參與，很難將研究成果進行示范應用。所以，我國應尋找切入點，根據當前和中長期經濟和社會發展需要，集中研究力量，大力推動燃料電池發電技術的發展，加大研發和產業化投入，為我過的國家能源安全和國民經濟可持續發展服務。
用于HiL測試的燃料電池系統模擬模型
燃料電池系統的典型架構-使用ETAS的LABCAR-MODEL-FC模型進行模擬的依據
LABCAR-MODEL-FC（用于HiL測試的燃料電池系統模擬模型）
ETAS的LABCAR-MODEL-FC模型能記錄完整的燃料電池系統，包括堆棧、外圍設備和柔性ECU。其包含一個可以對水流、溫度影響和反應動力學詳細模擬的一維PEM-FC堆棧。柔性ECU也能保證在工作站進行直接的閉環試運轉。
LABCAR-MODEL-FC模型能確保用戶逼真地模擬出燃料電池系統，從而對HiL系統中的ECU進行測試。其模塊化的模型架構可以讓特定的客戶對氫氣、氧氣和冷卻系統進行模擬。
模型擴展裝置
LABCAR-MODEL-FCCAL模型（用于基于HiL校準的燃料電池系統模擬模型）
ETAS的LABCAR-MODEL-FCCAL模型（燃料電池校準）是一種二維的PEM-FC堆棧模型，用于詳細地模擬電、水、和壓力分布。鑒于此模型具有模塊化的設計特點，并且還配有參數化的工具，因此其可以跟現有的LABCAR-MODEL-FC模型進行無縫整合。
兩種變體均可整合到LABCAR-MODEL-VVTB模型整車模擬中（虛擬車輛測試臺的模擬模型，用來進行HiL測試）。
LABCAR-MODEL-FC
在汽車應用中，通常優先使用PEM-FC燃料電池，因為其具備啟動快、能量密度高和動力學穩定的優良特點。為了給客戶在此大有前途的創新領域提供支持，ETAS提供了燃料電池系統的LABCAR-MODEL-FC模擬模型，用來進行HiL測試。
測試用于燃料電池系統的ECU
LABCAR-MODEL組合包括集成電路發動機、用于汽車推進的鋰離子電池、電動機、燃料電池、車輛動力學、車輛、駕駛員和環境的仿真模型。
在汽車應用中，通常優先使用PEM-FC燃料電池，因為其具備啟動快、能量密度高和動力學穩定的優良特點。為了給客戶在此大有前途的創新領域提供支持，ETAS提供了燃料電池系統的LABCAR-MODEL-FC模擬模型，用來進行HiL測試。
ETAS的LABCAR-MODEL-FC模擬燃料系統性能。模擬整個系統-從PEM-FC（高分子電解膜燃料電池）堆棧到反應物和冷卻劑的供應-以確保對燃料電池系統ECU的可靠性測試和校準。
LABCAR-MODEL-FC可以模擬堆棧、氫氣供應、氧氣供應和冷卻劑供應的詳細過程。此技術基于對物理過程的精確模擬，而這些模擬都是基于對電解反應的復雜計算以及基于對堆棧和外圍設備之間相互作用的復雜計算得出。鑒于現代燃料電池堆棧的復雜性,要對堆棧進行一維（1D）空間分布模擬。為了滿足當前和未來的要求，可以實現對二維（2D）堆棧模擬進行特殊擴展，其燃料電池系統的模擬模型可用于完成基于HiL的校準（LABCAR-MODEL-FCCAL）。基于PC的模擬目標LABCAR-RTPC能為實時模擬提供所需的電源。
LABCAR-MODEL-FC模擬模型可以讓用戶在硬件在環測試臺上對燃料電池的ECU進行早期的測試和優化。
將高成本的測試和安全相關的應用轉移到硬件在環測試臺上，從而在開發過程中讓顧客直接受益。應用實例包括模擬PEM-FC燃料電池堆棧的冷啟動調節或模擬氫氣供應的臨界處理。
LABCAR-MODEL-FC模型能確保用戶逼真地模擬出燃料電池系統，從而對HiL系統中的ECU進行測試。其模塊化的模型架構可以讓特定的客戶對氫氣、氧氣和冷卻系統進行模擬。
模型擴展裝置
LABCAR-MODEL-FCCAL模型（用于基于HiL校準的燃料電池系統模擬模型）
ETAS的LABCAR-MODEL-FCCAL模型（燃料電池校準）是一種二維的PEM-FC堆棧模型，用于詳細地模擬電、水、和壓力分布。鑒于此模型具有模塊化的設計特點，并且還配有參數化的工具，因此其可以跟現有的LABCAR-MODEL-FC模型進行無縫整合。
兩種變體均可整合到LABCAR-MODEL-VVTB模型整車模擬中（虛擬車輛測試臺的模擬模型，用來進行HiL測試）。
實驗環境中 EE 的組件操作
故障仿真軟件
LABCAR-PINCONTROL V2.0 為故障仿真箱 ESES5398 的配套軟件，具有方便用戶使用的 接口，可實現 ES5398 的手動操作，是 ES5398 的重要組成部分，操作界面友好，其操 作界面請參見下圖。
軟件可實現的功能如下：
?創建并管理故障模式，產生 ECU 信號的一系列故障。如氧傳感器故障
?簡化故障仿真信號的選取
?設置故障產生的時間
?通過點擊鼠標來觸發故障
?設置多臺 ES5398 同時使用
?提供自動化測試的 API 接口等。
?通過 Excel 表格進行故障配置和定義
LABCAR_PINCONTROL 的配置界面
模型方案
燃料電池堆動力學模型
ETAS LABCAR-MODEL-FCCAL 是一個 1-D+1-D 的燃料電池堆站模型，該模型包含 1-D 的 燃料電池單體膜模型和 1-D 的雙電極及氣體通道仿真模型。1-D 的燃料電池單體膜模型 能夠對燃料電池膜的內阻，電極之間氧和氫反映生成水的情況進行仿真；1-D 的雙電極 及氣體通道仿真模型能夠仿真雙電極間氣體在通道內非線性分布的特性，包括溫度， 電流，沿電芯堆疊方向的氣體壓力變化，以及對冰點溫度影響等。
ETAS LABCAR-MODEL-FCCAL 模型可以考慮為將燃料電池堆沿著氣路方向分為多個小模 塊，如下圖所示。Z 坐標所示方向為氣體流動方向，X/Y 坐標表示垂直于膜和氣流方向
。每一個小模塊代表所有燃料電池功能層，包括兩個電極板，氣路通道，氣體擴散層 以及膜。燃料電池模型的采用上述基本架構，在子系統中包括有完整功能層，每個小
模塊均可對外提供數據接口，同時也能適用于用戶的模型擴展要求。
坐標系
描述
通過燃料電池系統模型 LABCAR-MODEL-FCCAL 的無時間限制的、節點版操作許可證， 客戶被在主機上執行 LABCAR-MODEL-FCCAL 的代碼生成。
LABCAR-MODEL-FCCAL 是通過 MATLAB/Simulink 執行的，用戶可以打開并修改模型。 這些元件以 S-Functions 的形式提供，如：已編譯的動態鏈接庫，不包含源代碼。
LABCAR-MODEL-FCCAL 作為 LABCAR 產品家族的一部分, 能夠天然支持 LABCAR 網絡 HIL 系統仿真應用。也就是說，只要 LABCAR-MODEL-VVTB 和其他 LABCAR 模型可以在 網絡中的 RTPCs 上運行，那么它也支持 LABCAR VARIANT MAN-AGEMENT (LVM) 。 功能
LABCAR-MODEL-FCCAL 是一個*燃料電池堆棧模型。該模型包含了一個一維膜模型
，能夠仿真薄膜電阻、含水量以及電極之間產生的水交換等特性。 除此之外，它使用了空間分布的 雙極板與氣體通道雙 1-D 維度模型，考慮上述兩個維 度上的電堆溫度、電流和壓力變化的非線性特性。此外還特別考慮了汽車會遇到在冰 點溫度下工作的情況。
LABCAR-MODEL-FCCAL 仿真模型包含：
?單電池模型，并考慮到電流、溫度、反應物化學計量數以及膜濕度對電池電壓損耗的 影響計算。
?基于一維膜模型的含水量和水交換量的詳細計算。
?一維多組分氣體通道模型允許為每個電極單獨的氣體成分。
?不同的流場設計仿真。支持內部電池加濕的順/逆流量設置。
?基于膜溫度模型、電池含水量的非線性動態特性和受溫度影響的流體性質的實際冷啟 動行為。
?考慮氣體通道內液態水的積聚和運動的兩相水模型。
? 具有兩種膜類型的默認堆棧參數設置。 傳輸范圍
綁定到單一 MAC 地址的節點版許可文件
在車輛控制單元開發與測試領域，LABCAR 硬件在環系統（HIL）是 ETAS 工具系列的一 個核心部分，貫穿于 V-模型的所有階段。測試既可以在給定模型在環（Model-in-the- Loop，MIL)上操作，在當前軟件在環(Software-in-the-Loop, SIL)，連接實體 ECU 硬件 在環(Hardware-in-the-Loop，HIL)上執行，也可以涉及附加測量標定步驟，對車載 ECU 數據標定產生影響。它具備靈活性能和全面合理的邏輯概念。 控制單元初期開發，硬件在環（HIL）測試系統為其提供了重要的質量保證。為了便于 在實驗室對控制單元進行功能測試或診斷, 通過 DVE 模型的模擬仿真，任何虛擬行駛環 境測試可以在廣泛范圍內反復進行。另外自動化操作擴展了測試范圍，而對駕駛者和 車輛毫無損害。
LABCAR 的開放式結構支持與測量標定工具的集成，廣泛的模型選擇與信號質量優良是
LABCAR 的兩大經典優勢。
LABCAR 的另一重要特色，即基于 PC 的結構，賦予了其本身一項固有優勢：可用計算 能力的升級更加簡便、經濟。多目標與多核應用實質上無地提高了仿真速度與同 步獲取大量數據信息時的計算能力，智能信號管理，投資高度安全和系統整個服務周 期內的性價比更加*。
同時 ETAS 是一個真正能為 V 模式開發提供完整工具鏈的供應商。產品系列可靠地涵蓋 了 ECU 軟件開發的每個步驟 （直到售后診斷）， 他們分布到不同的應用領域，
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