插电式燃料电池汽车氢管理系统测试平台开发

客　车　技　术　与　研　究第1期 BUS &COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH No.1　2021作者简介:肖　洁(1981 ),女,硕士;工程师;主要从事汽车电子硬件设计及工艺开发工作㊂新能源汽车电控系统功能测试平台的开发肖　洁1,陈　竹1,申冬海1,吕永宾1,刘　壬1,方　芳2(1.中车时代电动汽车股份有限公司,湖南株洲　412000;2.长沙中车智驭新能源科技有限公司,长沙　410000)摘　要:综合自动化㊁智能化等特性开发的新能源汽车电控系统的功能测试平台,能够提高故障的智能诊断与快速锁定的正确率,从而改善整车电控系统工作的可靠性㊁安全性㊂关键词:新能源汽车;电控系统;功能测试平台中图分类号:U469.72;U463.6 　文献标志码:B文章编号:1006-3331(2021)01-0060-03Development of Functional Test Platform for Electronic Control System ofNew Energy VehiclesXIAO Jie 1,CHEN Zhu 1,SHEN Donghai 1,LYU Yongbin 1,LIU Ren 1,FANG Fang 2(1.CRRC Electric Vehicle Co.,Ltd.,Zhuzhou 412002,China;2.Changsha CRRC Intelligent Control and New Energy Technology Co.,Ltd.,Changsha 410000,China)Abstract :The functional test platform for the eletronic control system of pure eletric vehicles developed by integrating the features of automation and intelligentization etc,can upgrade the accuracy of intelligent diag⁃nosis and rapid locking of troubles,so as to improve the reliability and safety of the vehicle electronic control system.Key words :new energy vehicle;electronic control system;functional test platform 控制系统是新能源汽车的核心单元,直接影响到车辆的可靠性㊁安全性和舒适性等㊂而电控单元作为整个控制系统的 大脑”[1],主要包含中央处理㊁电源管理㊁电机驱动㊁信号采集与处理㊁通讯与诊断等功能㊂因此,电控单元功能测试平台的搭建尤为重要㊂1　硬件架构组成硬件功能电路是搭建整个测试系统的基础㊂基于前期配置需充足及后期配置应预留的开发理念,对功能测试平台的硬件架构进行了多次选型调整㊁重点评估和优化配置[2],主要包含中央处理㊁电源管理㊁矩阵控制㊁CAN 通讯㊁信号采集与处理(电压㊁电流㊁温度等)㊁旋变信号控制㊁故障诊断㊁安全预警㊁机械连接及传输㊁备用功能扩展等单元,其架构如图1所示㊂与传统的功能测试平台相比,该测试系统可完全脱离人工操作,在被测件(Device Under Test,DUT,此处指新能源汽车电控系统)的装卸㊁测试㊁判断㊁故障诊断及传输等方面可实现全自动化㊂同时可根据不同DUT 进行智能化管控,具体包括型号识别㊁工装调用㊁功能测试㊁程序装载㊁故障诊断等㊂而在拓展应用方面,则可同时满足不同种类㊁不同功能电控系统的测试需求和备用功能扩展,一定程度上降低了不同产品采用不同功能测试所带来的附加成本[3-4]图1　功能测试系统架构组成图2　基本工作原理2.1　中央处理单元采集和接收DUT 的电压㊁电流㊁温度㊁带载情况06及故障代码等信息,通过分析㊁比较㊁控制等处理后,一方面判定控制器的当前状态,如功能是否正常㊁故障是否锁定等[5];另一方面控制DUT的后续运行,如测试合格则继续流向下一工位,异常则退至不合格品/返修区㊂基于中央处理单元的高使用频次㊁高可靠性和高稳定性要求[6],同时兼顾数据采集㊁信号处理㊁通讯交互㊁信息存储等重要功能,测试系统中央处理器直接采用了可完全兼容上述功能配置的工控机㊂2.2　电源管理单元主要包含高㊁低压电源管理两大部分,并具有对DUT和功能测试平台的过流㊁过压㊁短路等保护功能㊂其中高压程控电源自身带有相应的电路保护和故障复位功能,低压电源则兼顾+12V和+24V两种系统的供电㊂此外,电源管理单元可直接对测试平台功能单元或DUT进行外部使能触发,以保证相关功能电路的正常运行和上电检测[7]㊂2.3　矩阵控制和旋变信号控制单元矩阵控制单元包含高㊁低压矩阵两大控制功能,主要接收中央处理单元的指令,控制多路低压/高压继电器的动作,从而接通或断开DUT相应的功能电路,如快/慢充㊁电加热㊁电空调㊁电除霜等㊂旋变信号控制单元的功能是模拟DUT连接配置旋转变压器的电机负载时,检测其内部旋变解码功能是否正常㊂主要包含两路激励EXC+㊁EXC-和两路旋变COS±㊁SIN±信号㊂基于功能单元配置最优化和可移植应用理念,功能测试设计了独立的旋变信号控制模块,并采用与实车同型号的旋转变压器,确保信号的真实性与可靠性㊂旋变功能控制单元既可作为单独的测试台使用,也可作为功能测试平台的内置功能单元㊂其功能框图如图2所示㊂图2　旋变信号控制单元功能框图2.4　信号检测单元主要包含功能测试系统㊁DUT关键零部件及负载电压/电流/温度采样三部分㊂其中电压㊁电流采样为DUT空载或不同负载条件下的母线/相位电压及电流采样,温度采样则涉及DUT的关键零部件(如驱动模块)和负载(模拟或真实)㊂功能测试中央处理单元根据采集到的电压㊁电流㊁温度等参数进行算法控制和综合判断,确定是否启动过压㊁过流和过热保护功能,避免损坏DUT或电路中的负载;还是维持持续工作功能,使功能测试和DUT继续运行㊂2.5　CAN通讯单元根据不同功能电路组成及通讯要求,DUT一般包含多组不同电气功能模块的CAN通讯,如驱动㊁辅源㊁绝缘检测等㊂功能测试平台从资源配置最优化出发,选用了双路CAN通讯模块,实际应用过程可根据功能测试平台的测试功能进行不同CAN通道的选择与切换㊂2.6　其他功能单元1)故障诊断单元㊂包含故障判定和故障存储两大功能,分别涉及DUT的故障诊断和测试平台的自我诊断,便于测试过程中的故障识别和异常锁定㊂其中DUT的故障诊断主要基于电控系统自身测试软件对故障代码的细化和分类,如1X代表大类别 电机异常”故障,其子类则可细化至11㊁12等具体的电机异常状态,便于快速实现DUT故障的智能诊断㊁锁定与排查㊂2)安全预警单元㊂一方面用于高压上电和断电的警示,避免出现触电事故;另一方面用于测试过程中异物或人员误入测试工装台,干扰测试或导致意外触电㊂3)机械连接及传输单元㊂用于对不同型号DUT 装卸工装的自动切换和自动连接,同时包括设定距离内的产品传输控制㊂4)负载管理单元㊂基于不同DUT电气功能配置及测试需求,进行不同负载的匹配㊁连接等管理㊂5)备用功能扩展单元㊂主要包含两个功能:一是在现有技术上为兼容不同电控系统所做的测试功能扩展,如有些DUT带电辅热等模块,而有些DUT 则没有;二是为技术更新所做的储备功能扩展,如三电技术整合后系统电气对接功能的测试需求,以降低后续单独扩展所带来的附加成本和不良影响㊂3　软件控制流程3.1　控制总流程功能测试平台的软件算法主要包含对测试系统16　第1期 肖　洁,陈　竹,申冬海,等:新能源汽车电控系统功能测试平台的开发关键指标和DUT重要性能参数两方面的控制和处理,开发软件由LabVIEW㊁TestStand(序列管理软件)等共同完成㊂功能测试平台一方面采集来自DUT的运行状态及故障代码等信号,用于分析和判定DUT测试过程的功能状态,并控制其后续的传输运行;另一方面采集测试平台自身的电流㊁电压等关键参数,进行报警阀值的判断和控制[8-10],确保测试过程功能测试平台的正常工作㊂测试平台控制总流程如图3所示㊂图3　测试平台控制总流程图3.2　工装调用流程在测试平台控制总流程中,工装调用为两个关键流程之一,控制流程如图4所示㊂功能测试系统通过射频识别㊁激光测距等方式采集2~3个具有代表性的产品特征指标,同时根据既有存储库中的特征信息进行对比分析和产品辨识,确定无误后启动工装调用和连接指令㊂工装连接则根据产品信息存储库中的电气连接特性,锁定不同连接点的坐标值来控制连接工装的运动,从而有效实现与匹配工装的可靠连接㊂图4　工装调用控制流程图3.3　自动测试流程自动测试流程是另一个关键流程㊂系统调用该流程前会再次确认产品型号,同时调用和烧录相应的测试软件㊂启动自动测试程序后,首先调用上电检测指令,分别对DUT连接高/低压后的电压㊁电流等关键指标进行自检,确认无异常后方可转入功能测试,并通过对比分析测量数据与既存数据,对DUT进行合格判定㊂如有差异,测试系统会进行再次分析,确保判据的正确性㊂其流程如图5所示㊂图5　自动测试控制流程图4　结束语本文结合高可靠性㊁多功能的硬件电路组成及软件控制算法开发了新能源汽车电控单元功能测试平台㊂在保障不同电控单元正常进行功能检测的基础上,进一步提高了对DUT各电气功能状态的正确识别和自动判断,尤其是产品故障的智能诊断与快速锁定,一定程度上提升了电控系统及整车工作的可靠性㊁安全性,起到了明显的提质㊁降本㊁增效作用㊂参考文献:[1]肖洁,林联伟,吴艳霞.大功率型EPS控制器热分析模型的研究[J].汽车零部件,2014(2):59-60.[2]王凯.纯电动汽车整车控制器测试系统研究与实现[D].武汉:武汉理工大学,2016.[3]薛冰.纯电动汽车整车控制器测试平台的设计与研究[D].武汉:武汉理工大学,2018.[4]杨志军.纯电动乘用汽车电驱动系统动态测试系统的研究[D].太原:中北大学,2016.[5]彭忆强.基于模型的汽车电控单元仿真测试技术研究[J].中国测试技术,2006(11):15-19.[6]王炜.一种汽车电子电控设备功能自动化测试系统的研究与开发[D].天津:河北工业大学,2016.[7]侯高雷,李志鹏,孙强,等.功能测试系统开发平台设计[J].现代电子技术,2014(2):90-92.[8]李秀娟.汽车电控单元柔性测试系统研究[D].徐州:中国矿业大学,2015.[9]武杏杏.基于LabVIEW的航空电子设备自动测试系统设计与实现[D].西安:西安电子科技大学,2012. [10]何玉柱.电子诊断在汽车维修技术中的应用实践[J].无线互联科技,2018(6):143-144.收稿日期:2020-05-2726客　车　技　术　与　研　究 2021年2月。

GB21861检验项目按车型分类概述国家标准GB21861是对新能源汽车的安全技术规范升级版，其中包括各项检验项目。

那么，这些检验项目是如何按车型分类的呢？车型分类在GB21861标准中，车型主要被分为以下几类：•电动汽车（EV）•插电式混合动力汽车（PHEV）•燃料电池汽车（FCV）在这些车型中，检验项目也会进行不同的分类。

检验项目分类电动汽车对于电动汽车，检验项目主要分为以下几个方面：功能安全1.驱动电机控制-SIL3安全性集成级别2.电池系统管理-SIL2安全性集成级别3.制动系统-SIL2安全性集成级别4.方向盘系统-SIL2安全性集成级别5.车身电气系统-SIL1安全性集成级别6.充电系统-车载充电器-高低压分离等乘员安全1.车身碰撞-正面碰撞试验2.车身碰撞-侧面碰撞试验3.车身碰撞-后方碰撞试验4.乘员保护座椅-正面进气/身偏式碰撞试验5.乘员保护座椅-侧面进气/身偏式碰撞试验6.车辆结构和平台强度试验环保1.汽车环保九项要求2.减振器应用效果试验插电式混合动力汽车对于插电式混合动力汽车，检验项目主要分为以下几个方面：功能安全1.发动机和变速器控制-SIL3安全性级别2.内燃机排放控制-SIL2安全性级别3.发电机控制-SIL2安全性级别4.制动系统-SIL2安全性级别5.方向盘系统-SIL2安全性级别6.车身电气系统-SIL1安全性级别7.充电系统-车载充电器-高低压分离等乘员安全1.车身碰撞-正面碰撞试验2.车身碰撞-侧面碰撞试验3.车身碰撞-后方碰撞试验4.乘员保护座椅-正面进气/身偏式碰撞试验5.乘员保护座椅-侧面进气/身偏式碰撞试验6.车辆结构和平台强度试验环保1.内燃机排放试验2.制动能量回收试验3.汽车环保九项要求燃料电池汽车对于燃料电池汽车，检验项目主要分为以下几个方面：功能安全1.燃料电池系统安全-SIL3安全性级别2.燃料电池控制有效性-SIL2安全性级别3.车身电气系统-SIL1安全性级别4.充氢系统-高低压分离等乘员安全1.车身碰撞-正面碰撞试验2.车身碰撞-侧面碰撞试验3.车身碰撞-后方碰撞试验4.乘员保护座椅-正面进气/身偏式碰撞试验5.乘员保护座椅-侧面进气/身偏式碰撞试验6.车辆结构和平台强度试验环保1.汽车环保九项要求2.H2泄漏试验按照国家标准GB21861对新能源汽车的安全技术规范升级版的要求，检验项目被分为多个分类，分别应用于电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车等不同类型的新能源汽车。

AMESim仿真软件在燃料电池系统开发中的应用doi:10.3969/j.issn.l005-2550.2021.02.010收稿日期：2020-09-22 AMESim仿真软件在燃料电池系统开发中的应用马义，张剑，李波，李学锐，熊成勇（东风汽车集团有限公司技术中心，武汉430056）摘要：利用AMESim软件建立了质子交换膜燃料电池发动机一维仿真模型，包括电堆、空气系统、氢气系统和冷却系统。

从空压机选型、电堆运行条件匹配、冷启动和整车经济性四个方面介绍了AMESim仿真软件的应用。

仿真结果表明，电堆运行条件对系统零部件选型尤其是空压机影响较大，适当降低进气计量比和进气压力可降低部件功率消耗，提升系统整体效率，PTC水加热器可以大幅缩短燃料电池发动机冷启动时间，减小系统怠速功率可提升整车经济性。

应用AMESim软件进行仿真分析对于燃料电池发动机设计开发具体一定的指导意义。

关键词：燃料电池；性能；仿真；冷启动中图分类号：TK9］文献标识码：A文章编号：1005-2550（2021）02-0052-05Application of AMESim In Fuel Cell System DevelopmentMA Yi,ZHANG Jian,LI Bo,LI Xue-rui,XIONG Cheng-yong（DongFeng Motor Corporation Technical Center,Wuhan430056,China）Abstract:One-dimensional simulation model of proton exchange membrane fuel cell engine is established by AMESim software,the model including the stack,air system,hydrogen system and cooling system.The application of the software is introduced from fouraspects:air compressor selection,stack operation condition matching,cold start and vehicleeconomy.The simulation results show that the operation conditions of the stack have a greatinfluence on the selection of system components,especially the air compressor.Properlyreducing the intake stoichiometric ratio and intake pressure can reduce the powerconsumption of components and improve the overall efficiency of the system.The PTC waterheater can greatly shorten the cold start time of the fuel cell engine,and reduce the idle powerof system can improve the economy of the vehicle.The simulation analysis with AMESimsoftware has certain guiding significance for the design and development of fuel cell engine.Key Words:Fuel Cell;Performance;Simulation;Cold Start52汽彌技/AUTO SCI-TECH2021年第2期马义毕业于武汉理工大学，汽车工程学院硕士研究生，就职于东风汽车集团有限公司技术中心，现任主管工程师，主要研究方向：燃料电池系统开发。

车载供氢系统控制器开发叶川;马天才;陈翌;杨柳明【摘要】针对某燃料电池客车35 MPa气态储氢系统的控制器进行了设计开发.根据燃料电池客车供氢系统的需求,对控制器的MCU、电源、信号处理、驱动输出、CAN通讯等模块进行了硬件设计,基于状态机和任务调度模式完成了控制器软件的开发,实现了供氢系统温度、压力、环境氢气浓度等信号的检测功能,且能够与燃料电池发动机控制器通过CAN总线通讯并对高压氢气瓶阀进行控制.此外,软件采用的模块化设计处理手段提高了控制器针对不同应用场景的可移植性.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】5页(P48-52)【关键词】燃料电池客车;车载供氢系统;控制器【作者】叶川;马天才;陈翌;杨柳明【作者单位】同济大学,上海 201804;同济大学新能源工程中心,上海 201804;同济大学,上海 201804;同济大学新能源工程中心,上海 201804;同济大学,上海 201804;同济大学,上海 201804;同济大学新能源工程中心,上海 201804【正文语种】中文【中图分类】U469.7;TB471 前言由于能源与环境问题日益突出，传统内燃机汽车难以将排放降低到理想范围[1,2]。

燃料电池是一种高效、清洁的电化学发电技术，近年来成为最有可能替代传统发动机技术的先进新能源汽车技术[3]。

供氢系统为燃料电池发动机系统的关键组成部分，车载储氢多采用高压气态储氢，压力在20～70 MPa范围内[4]。

目前车载供氢系统缺乏国内统一标准，据了解国内大多数供氢系统的控制被集成在燃料电池发动机控制器（FCU，Fuelcell Con⁃trol Unit）中，导致FCU与供氢系统耦合过强，系统的移植性、兼容性较差。

特别对于大型客车而言，供氢系统氢瓶大多设置在车辆顶部，导致线束过长、线束过重等问题。

近年来，相关人员针对车载供氢系统进行了研究与开发，如，吴兵等人[4]在供氢系统设计中提出了HMS（氢管理系统）的使用，但是仅针对特定供氢系统，并没有进行分布式设计；全书海等人[5]基于PIC18F258单片机设计了用于供氢系统的控制器，但是缺少针对不同供氢系统的兼容性和可移植性的设计，实际运用场景较为局限。

燃料电池发动机热管理试验台测试系统软件开发
田颖;聂圣芳;张扬军;卢青春
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2007(029)004
【摘要】在面向对象应用于燃料电池发动机热管理试验台测试系统软件的设计中,定义一组针对热管理试验台的类库,并在LabVIEW开发环境下实现数据采集、系统维护和数据处理等功能,采用面向对象的程序设计方法提高软件的开发效率和软件运行可靠性,同时便于系统的维护与扩展.
【总页数】3页(P318-320)
【作者】田颖;聂圣芳;张扬军;卢青春
【作者单位】北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京,100044;清华大学汽车工程系,北京,100084;清华大学汽车工程系,北京,100084;清华大学汽车工程系,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.汽车热管理试验台测试系统研究 [J], 田颖;金振华;张扬军;卢青春
2.燃料电池发动机热管理试验台测试系统的开发 [J], 田颖;聂圣芳;张扬军;卢青春
3.车用燃料电池发动机试验台热管理系统设计 [J], 罗建曦;张扬军;涂尚荣
4.电镀试验台控制管理系统的软件开发 [J], 吴伟昶
5.电镀试验台控制管理系统的软件开发 [J], 吴伟昶
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插电式燃料电池轿车整车控制器仿真测试平台设计寇改红刘奋梁伟铭(上海汽车集团股份有限公司新能源汽车事业部,上海201804)=摘要> 利用M ATLAB/S i m u link实时仿真环境、dSPACE实时仿真系统、CAN通讯设备,系统地设计了插电式燃料电池轿车整车控制器的仿真测试平台。

该平台可以验证整车控制算法是否符合设计要求,并尽早发现软件的设计漏洞,为整车控制器的实车调试打下良好的基础。

=Abstract>B ased on the MATLAB/Si m ulink rea-l ti m e soft w are env ironm en,t dSPACE rea-l ti m e si m ulati o n syste m and C AN co mmunicati o n too ls,the si m ulati o n test platfor m of vehic le contro ller fo r plug-i n FCV is desi g ned.The platfor m can be used to verify w hether the contr o l algorithm s satisfy the desi g n require m en,t and to find t h e desi g n proble m s as soon as possi b l e and lay a so li d foundati o n fo r the latter debugg i n g on veh icle.=关键词> 插电式燃料电池轿车控制器do:i1013969/j1i s sn.1007-4554.2011.06.020引言在整车控制器的开发过程中,利用整车控制器硬件在环仿真测试平台构建虚拟的整车现场环境,对控制器进行硬件在环仿真测试,不但可以大大加快整车控制器软、硬件的开发进程,而且开发成功的控制器也具有较高的可靠性。

2019年第1期【摘要】为实现燃料电池汽车（FCV ）动力系统及其关键部件的开发和产品化综合测试，设计了FCV 动力系统的分布式多任务动态测试平台，实现车辆运行环境、道路振动适应性和动态道路阻力的模拟，基于功能特性和冗余需求设计了测试系统的体系结构和功能，采用XiL 技术设计验证过程和测试用例。

通过对测试结果的分析，论证了测试平台的有效性和先进性，并验证了FCV 动力总成领域大型多层测试平台的设计方法。

主题词：燃料电池汽车动力系统多任务测试平台主控系统中图分类号：U467.3文献标识码：A DOI:10.19620/ki.1000-3703.20180853Design and Verification of Fuel Cell Vehicle Power System Test PlatformChai Hua,Zhang Tong,Chen Juexiao,Gao Haiyu（Tongji University,Shanghai 201804）【Abstract 】For the development and productization comprehensive test of FCV power system and its key components,a distributed multi-task dynamic test platform for FCV power system was designed,which could simulate vehicle operating environment,road vibration adaptability and dynamic road resistance.Architecture and function of the test system based on the functional characteristics and redundancy requirements were designed.The verification process and test cases weredesigned using XiL technology.Through analysis of the test results,the effectiveness and advancement of the test platform were demonstrated,and the design method of the large multi-layer test platform in the FCV powertrain was verified.Key words:Fuel cell vehicle,Power system,Multitask,Test platform,Main control system柴华章桐陈觉晓高海宇（同济大学，上海201804）燃料电池汽车动力系统测试平台的设计与验证汽车技术·Automobile Technology1前言新能源汽车已成为汽车工业未来的发展方向，氢燃料电池汽车具有高效率和零排放的特点，因而具有广阔的应用前景[1-3]。