氫燃料電池系統是氫能應用的核心動力單元，其控制器的可靠性直接影響整車/整機/發電系統等應用系統的性能與安全。傳統測試方法（如臺架試驗或實車測試）存在成本高、周期長、風險大等問題，且難以覆蓋工況。硬件在環仿真（HIL）技術通過高精度實時仿真模型替代真實燃料電池系統，為燃料電池控制器（FCU）提供全工況、高效率的測試環境，成為行業研發與驗證的工具。通過HIL技術，我們將助力客戶實現氫燃料電池控制系統的高效開發與可靠落地，推動清潔能源技術的商業化進程。

系統功能與優勢

遠寬&溯馭聯合開發的氫燃料電池FCU-HIL仿真測試系統基于高精度模型及實時軟硬件平臺，提供從部件級到系統級的全棧測試能力：

1.支持全面多樣化的研究課題

◆ FCU控制算法開發與驗證：動態工況下的控制策略優化、能量管理及優化調度等策略驗證。

◆ 系統性能與耐久性評估：電堆及系統健康管理與壽命預測、熱管理協同優化等算法驗證。

2.高精度燃料電池系統仿真測試

◆ 實時模擬電堆電壓/電流特性、氫氣供應、空氣供應、水熱管理等多物理場耦合模型。

◆ 支持PEMFC、SOFC等多種燃料電池類型的動態特性模擬，適配不同功率等級需求。

3.FCU全場景工況閉環仿真測試

◆ FCU控制策略驗證：包括功率分配、冷啟動、變載沖擊、啟停邏輯、故障保護等復雜工況測試。

◆ FCU環境適應性驗證：高海拔、極寒、高溫等工況模擬測試。

◆ 故障注入與容錯策略驗證：模擬傳感器失效、管路泄漏等數百種故障場景模擬測試。

4.智能化測試與仿真數據管理

◆ 定制化上位機支持實時數據采集與可視化分析，快速標定FCU性能參數。

◆ 自動化測試流程管理，腳本一鍵執行，批量完成功能測試、標定優化與回歸驗證。

FCU-HIL測試方案

氫燃料電池FCU-HIL仿真測試系統旨在模擬燃料電池系統的運行工況，對FCU的軟件、硬件進行閉環測試。測試系統整體架構如下圖所示，主要設備包括遠寬實時仿真器MT 7020、IO板卡、電阻板卡及溯馭FCU控制器與氫燃料電池系統模型。其中，氫燃料電池系統模型包括燃料電池堆、空氣供給子系統、氫氣供給子系統、熱管理子系統及電氣子系統，實時仿真器提供I/O信號、CAN信號、溫度采樣等通訊接口，以實現仿真模型與控制器之間的閉環數據交互。

具體實施過程為：氫燃料電池模型編譯加載至MT 7020的CPU中，MT 7020實時計算輸出電堆氫氣出/入口壓力，截止閥、背壓閥反饋、氣體流量信號等并通過AO板卡輸出給FCU，同時將電堆出/入口、空氣、散熱器出口溫度等信號通過溫度電阻卡采樣輸出給FCU；FCU下發空壓機、循環泵、水泵轉速及DCDC拉載電流信號CAN信號，并實時計算輸出開關閥、比例閥、截止閥、背壓閥、節溫閥的開關控制信號通過MT 7020的DI板卡傳輸至氫燃料電池模型的輸入端以實現FCU-HIL的閉環交互運行。

實際工程案例

下圖為遠寬與溯馭合作開發的FCU-HIL實時仿真測試平臺，基于該平臺完成了氫燃料電池系統全工況的FCU動態HIL閉環、變載工況測試等實驗。

80kW氫燃料電池全系統FCU-HIL測試結果如下圖所示，仿真結果中關鍵指標動態波動曲線及數值與同功率系統實物平臺測試結果數據對標一致。

FCU上位機數據顯示界面

HIL仿真系統上位機顯示界面

拓展應用測試

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基于HIL的燃料電池系統FCU低溫啟動策略優化與驗證

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基于數字孿生的燃料電池壽命預測與健康管理（PHM）

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基于HIL的燃料電池動態工況下的自適應能量管理策略驗證

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多ECU協同HIL測試：燃料電池與整車控制集成驗證

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基于HIL的燃料電池無人機動力系統控制策略實時仿真驗證

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基于HIL的氫電混合動力系統能量管理策略仿真驗證

技術應用核心價值

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實時仿真：μs級響應，滿足燃料電池控制系統動態響應需求。

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快速擴展：模塊化設計，支持電堆、BOP部件等快速擴展集成。

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降本增效：減少90%以上的真實系統測試成本，縮短開發周期，加速FCU功能驗證與迭代。

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安全可靠：避免真實場景中氫氣、中高壓、易燃易爆等風險，極限工況測試無憂。

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標準兼容：滿足ISO 26262（功能安全）、GB/T 24549（燃料電池汽車）等認證要求。