基于NI产品LightWave公司开发出创新燃料电池测试软件

应用领域：汽车业
使用的产品：CAN总线、FieldPoint I/O模块、GPIB接口及仪器控制模块、LabVIEW软件

挑战：
构建一个快速响应的研发型质子交换膜燃料电池测试系统，它可以应对多种叠层布局和输入输出要求。

解决方案：
将NI公司的LabVIEW软件、SCXI模块、GPIB接口、FieldPoint模块、NI-CAN和TCP/IP产品集成到一个可配置、高性能的燃料电池测试环境中。


燃料电池测试工作站软件的样品屏幕截图
即时供电的需求
全世界的研究人员都在进行着汽车燃料电池的测试,以开发下一代汽车能源。对于汽车燃料电池来说，一项关键的要求就是它要能在冷启动的条件下工作，并且能够即时地提供所需能源。即时供电要求一个测试站具有足够多的可响应的质量流量控制器，以及在动态流量情况下可以迅速响应以稳定各种压力的软件。

为了能够恰当地描述燃料电池的效率特性，研究人员需要对每一个燃料电池进行电池电压测试。测试标准要求软件可以在单个到多达500多个电池之间进行调整。此外，一些测试只要求进行叠层测试，而一些测试则要求对包括叠层和基于NI-CAN和TCP-IP的辅助性控制系统在内的整个燃料电池模块进行测试。研究人员需要一个标准化的测试环境，他们可以用同一种带有工作站的测试软件来运行所有的叠层尺寸和格式。这就需要一个具有自适应性的输入输出构架和一个可以根据不同的流量、压力和负载要求来调整测试的软件模型。

利用NI公司的LabVIEW软件、PID控制工具包和SCXI模块来构建一个系统
我们需要编写一个用户定制的LabVIEW程序，其中包含700种以上的虚拟仪器，目的是利用测试工作站的自适应性来满足所有的测试要求。主程序包含两个主要的循环：一个循环用来操作测试用硬件，另一个循环用来处理用户界面。对于这个构架，研究人员在将来可以把测试的硬件循环移植到NI公司LabVIEW软件的Real-Time Target（实时目标模块）上，以获得更确定性的响应。把硬件控制分离到一个高度优化、定时的循环中，并配以使用PID控制工具包，我们满足了在动态负载情况下提供迅速、稳定响应的要求。

我们开发的系统使得3个12槽和4槽的SCXI机箱可以连在一起，以接通多达512路的电池电压测量和其他用于控制压力、测试负载的信号。对于燃料电池模块的测试，我们把软件连接到自有的基于NI公司CAN总线或者TCP/IP模块的控制系统上来读取更多的电池电压组，并允许通过CAN总线进行辅助控制。我们利用NI公司的FieldPoint I/O模块和SCXI模块来有选择地进行制冷、加热和湿度控制。我们在每个测试工作站上运行一个独立的LabVIEW维护应用程序，用来确定工作站的硬件性能状况，在测试站的软件启动的时候这些数据会被保存到一个INI格式的文件中。我们利用NI公司 LabVIEW企业版的互联工具包，使数据库跟踪记录UUT的历史和测试参数。

自动化和仿真
LabVIEW软件中含有在进程中记录测试的宏的功能，这可以用来显示重现的关键测试序列。通过一个按键，操作员就可以记录随后在界面上发生的控制变化，并且把这些测试变化存储到一个宏文件中。在重放模式下，用户界面按照同样的时间次序进行着控制变化，就如同一个操作员在设定控制一样。当一个宏运行的时候，操作者可以选择停止测试并在继续运行之前做一些调整。操作者可以把多个测试的序列作为宏单元进行记录，然后把它们连接起来或者把它们排列成一个复杂序列，从而用相当多的测试步长去进行序列测试。此外，如果在一次测试中检测到一个事件（比如，一个电池的电压降到了某个最小值以下），操作者可以运行一个特殊的恢复宏指令。操作者随后可以在微软公司的Excel软件中编辑这些宏。利用这些丰富的自动化功能，研究人员可以迅速确定策略以改进燃料电池的测试。

操作者既可以在测试工作站的PXI机箱中，又可以在任何一台台式机的特殊仿真模式下运行LabVIEW燃料电池测试软件。在仿真模式下，操作者可以在一台没有连接任何外部器件的PC机上安全地记录和测试宏。对测试器件发出的模拟反馈的仿真，使研究人员能很好的认识测试工作站的工作原理。研究人员可以在测试硬件上运行一个测试，而接下来的测试则可以在一个工程办公室里进行仿真，这样就节省了宝贵的测试时间从而加快了研发周期。

操作者也可以通过网络从任何一个地方远程地监测测试，原理是利用LabVIEW软件基于data socket的applet插件来跟踪记录在测试实验室中所有运行的测试中重要的标志。当操作者已经离开测试设施而有测试故障需要被追踪时，软件可以email特殊的故障信息到一个文字呼机的清单输出端。操作者既可以把数据记录到InSQL数据库中也可以记录到一个CSV格式的文件中，并可以被导入到Excel软件或NI公司的DIAdem软件中做测试后分析和报告生成。操作者也可以只在低电池电压事件发生后或者每间隔一个固定的时间进行数据的记录。

NI公司的系统再现了汽车燃料电池系统的真实情况
利用LabVIEW软件和NI公司丰富的输入输出产品，我们能够提供一套完整的软件解决方案来满足所有的要求。通过对硬件器材的无缝整合，我们在非常短的时间内开发了这套系统，并且不用为开发多个卖方解决方案而苦恼。最终的用户可以受益于一个高效的、可调整的、再现汽车燃料电池系统的真实运行情况的测试环境中。