汽车|燃料电池汽车动力系统测试平台的设计与验证( 四 ) |电池|燃料电

本文将前者定义为动力总成结构设计的静态混合度（HDstatic），后者定义为动态混合度（HDdynamic），用于能量管理控制策略优化。该测试平台可以无缝地实现从MiL到HiL的整个测试过程。建立车辆模型和关键部件模型，包括驱动电机、燃料电池发动机、电池和辅助部件，然后配置物理测试块以设置模拟条件。当电池和燃料电池发动机的功率得到优化时，评估能量管理控制策略。
在混合度仿真测试的过程中，实时处理器RT01对大气环境和道路阻力进行模拟，进行整车模型仿真。燃料电池发动机和驱动电机等零部件与实时处理器RT02和RT03进行数据传输与指令收发。其余缺失零部件则由RT01中的仿真模型替代，从而实现了整车级别的验证。
4.2 测试结果
由汽车动力学模型可仿真求出驱动电机峰值功率。整车参数如表1所示。表1 整车参数

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根据测试模型和车辆规格，计算驱动电机功率需求，如表2所示，其中，Prate,TM为电机额定功率， PTM,umax为最高车速时的电机功率， PTM,tmax为加速工况电机功率， PTM,ucmax为持续最高车速电机功率。
表2 驱动电机功率需求 kW

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首先在NEDC、JC08、UDDS、HWFET 4种典型工况下仿真获取驱动电机的需求功率。基于上述计算和模拟，燃料电池发动机额定功率应大于 PTM,ucmax=14.28 kW ，以满足持续最高速度条件下的功率要求。最大值约为PTM,tmax=120.03 kW ，满足加速时的功率需求。在此案例中，燃料电池发动机的结构功率为45 kW ，可以覆盖大部分行驶周期，静态混合度为HDdynamic=62.5% 。本文设计一种双SOC开关的能量控制策略，将经济性能作为测试目标。燃料电池发动机响应相对慢，只能满足非突变情况下的驱动电机功率要求，蓄电池作为辅助电源可以补偿功率间隙或进行制动能量回收。根据测试结果，双SOC控制策略是一种半跟随控制方法。改进的控制策略测试结果如图9所示[18] ，测试在HWFET工况下，测试周期为20 000 s ，SOC从2.5%开始，稳定在75%左右，燃料电池发动机在整个运行时间内约有40%的时间进入高效区。测试平台成功完成了整车级别的仿真测试，为混合度的优化提供了指导。同时，在故障注入的过程中，实时处理器实现了主、备无缝切换，验证了实时处理器冗余设计的有效性，提高了系统可靠度和稳定性。

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图9 基于改良算法的整车控制标定
5 结束语
在设计的混合度测试案例下验证了本文提出的测试平台，测试结果证明了集成测试平台的多任务网络集中控制方法的可用性。同时，通过对混合度的重新定义和XiL技术的应用，有效实现了动力总成关键部件匹配和能量管理控制策略。基于马尔可夫可靠性理论，分析和设计了主控制器的冗余部件以及冗余切换策略，这是首次探索FCV领域大型综合测试设备的冗余设计。该测试平台旨在应用于整个燃料电池动力系统和关键部件的相关开发和产品化阶段。还有进一步的后续工作要做，如环境适应性测试下的功能验证、多级故障情况下的系统冗余性测试等。

汽车|燃料电池汽车动力系统测试平台的设计与验证( 四 )

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