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德國Comemso科尼紹

BMS硬件在環(huán)（HiL）測試系統(tǒng)方案

一、背景

電池作為*常見的儲能設備,，正在隨著能源問題的日趨緊迫而被越來越多地研究和重視,。在電力領域，它是新能源能夠取代日益枯竭的化石能源并成功進行大規(guī)模應用的關鍵支柱,；在汽車領域,，它是電動車輛能夠**取代內(nèi)燃機車輛所需解決的核心技術；在船舶,、航空,、**其他領域等全電化發(fā)展的各個行業(yè)，電池技術已經(jīng)日益成為各領域發(fā)展的關鍵。

電池技術日新月異發(fā)展的同時，電池管理系統(tǒng)(Battery Management System,，簡稱BMS)的技術也面臨著新的挑戰(zhàn),。單體電池的能量密度、使用壽命等都得到了飛躍式發(fā)展,，也對電池管理系統(tǒng)提出了更高的要求，大量單體的監(jiān)控和管理、單體的均衡管理,、電池組熱管理、性能控制,、安全控制,、與充電設備和耗電設備的匹配技術等，都在給電池管理系統(tǒng)的功能及性能帶來挑戰(zhàn),。

二,、存在問題

電池管理系統(tǒng)作為電池系統(tǒng)安全控制和性能優(yōu)化的關鍵因素，其產(chǎn)品的研發(fā)和驗證過程都需要經(jīng)過系統(tǒng)的測試,，以保證其功能完備,、性能穩(wěn)定,。電池管理系統(tǒng)的測試主要面臨以下幾個挑戰(zhàn)：

■要求實時模擬電池單體工作的真實變化狀態(tài)

■要求實時模擬電池不一致的情況以驗證均衡功能

■要求實時模擬電池快速充放電、過壓,、欠壓等情況以驗證極限情況功能

■要求實時模擬電池各類故障（如短路,、老化等）以驗證故障檢測和處理功能

■要求實時模擬電池組溫度變化以驗證熱管理功能

■要求實時模擬其他系統(tǒng)的工作情況并與BMS進行交互

■要求快速調(diào)整電池的SOC等狀態(tài)以進行多項試驗

■要求試驗設備能夠同步測量真實值以驗證BMS結果正確性

■要求便捷地實現(xiàn)重復性試驗以應對多個BMS測量

■要求試驗設備靈活可配置以測試不同類型的BMS和電池

三、解決方案

為了系統(tǒng)化測試BMS的各項功能,，采用真實電池組進行試驗的方法,，不僅會造成電池大量浪費，其不便捷的試驗過程也造成人員和時間的大量浪費,，而且,，采用真實電池無法創(chuàng)造極端情況進行測試，也無法做到系統(tǒng)化測試和和批量測試,，種種弊端說明采用真實電池組進行BMS系統(tǒng)化測試的方式不可取,。

針對BMS測試的以上難題，采用電池模擬器代替真實電池的BMS硬件在環(huán)系統(tǒng)解決方案,。該方案的核心思想在于,，以高精度電池模擬器和實時電池模型相結合的方式，模擬電池的各類工況,，并以仿真機和輔助設備模擬其他系統(tǒng)模塊,，為BMS創(chuàng)造一個極為真實的試驗環(huán)境，從而實現(xiàn)完整有效的BMS系統(tǒng)級測試,。

BMS硬件在環(huán)仿真測試系統(tǒng)主要為測試BMS的控制算法,、功能驗證、故障診斷等提供良好的閉環(huán)測試環(huán)境,。通過HIL仿真測試系統(tǒng)可以快速開發(fā)和驗證BMS的控制功能和診斷功能,，盡早發(fā)現(xiàn)BMS 產(chǎn)品在設計和開發(fā)過程中存在的各種缺陷，不斷完善和提高BMS產(chǎn)品的功能和性能,。

BMS－HIL測試方法的優(yōu)勢：

l可進行極限或危險條件下的 ECU 測試,，而不會對人員或車輛造成危害，保證了測試的安全性,；

l快速模擬/重現(xiàn)復雜的故障模式（包括電氣故障,、信號不合理等），提高 ECU 的復雜診斷功能的測試覆蓋率,；

l可模擬整車環(huán)境,，實現(xiàn)多 ECU 的集成測試，同時驗證總線功能和整車系統(tǒng)行為,，以降低測試工作的重復投入,；

l通過測試案例設計，可實現(xiàn)自動化測試,，提高測試工作效率,；

l通過測試案例的持續(xù)積累和改進,，形成 ECU 相關知識沉淀，便于更好地進行 ECU 設計和功能驗證,。

電池管理硬件在環(huán)測試系統(tǒng)通過模擬整車電池單體輸出,，從而測試電池管理系統(tǒng)底層控制單元功能，實現(xiàn)BCM的硬件在環(huán)測試,。系統(tǒng)由上位機,、仿真機、電池包模擬器及 CAN 通信模塊等部分組成,。其中，上位機實現(xiàn)仿真和試驗的開發(fā)和監(jiān)控等功能,，是模型開發(fā)軟件,、仿真控制軟件以及監(jiān)控軟件的運行平臺，仿真機實現(xiàn)電池模型及車輛模型的實時計算,，并通過通信模塊將相應的指令及輸出期望值發(fā)送給電池包模擬器,，電池包模擬器模擬出各單體的輸出，并回饋模擬結果發(fā)送給仿真機,，同時仿真機可模擬車輛其他模塊并和BMS進行數(shù)據(jù)交互,。

四、電池電芯模擬器

電池芯模擬器可精準模擬鋰離子電池芯,，于可靠安全的環(huán)境下取代電池芯,，測試電池管理單元(BMU) 或子系統(tǒng)的電池芯量測單元(CSC)，適合應用于電動汽車及儲能電池相關的領域,。德國科尼紹Comemso源起汽車工業(yè)的搖籃德國斯圖加特,；ComemsoBCS電池電芯模擬器，允許您在電芯級別上測試電池管理系統(tǒng),，具有高精度和高動態(tài)性,。這種虛擬電池單元的電氣仿真使您能夠實現(xiàn) BMS 的安全，可重復和全自動測試,。電池模擬器是 BMS 測試系統(tǒng)的核心,。

每個單元的集成故障模擬

五、BMS-HIL系統(tǒng)解決方案

BMS－HIL系統(tǒng)主要由三部分組成：硬件平臺,、實驗管理軟件和實時軟件模型,。

德國Comemso BMS測試系統(tǒng)硬件方案包括如下：

l仿真高精度的單體電池的電壓信號，可實現(xiàn)高壓電池組的電壓模擬

l內(nèi)置電子負載,，并具備高精度電流采集功能,，可實現(xiàn)BMS的主動及被動均衡測試

l提供電池包溫度傳感器信號的模擬

l提供高壓系統(tǒng)的絕緣電阻仿真

l可選電池單體故障注入功能，包括：輸出短路,、輸出開路,、串聯(lián)在一起的通道間開路,、采樣線開路、對低壓線路短路等

該系統(tǒng)作為BMS的系統(tǒng)化測試平臺,，適用于對BMS做以下功能驗證：

■電池充放電控制功能

■總電壓和電流監(jiān)測功能

■單體電壓監(jiān)測功能

■單體電池均衡功能

■電池SOC估計功能

■電池組溫度管理功能

■電池組安全控制功能

■故障診斷和處理功能

■系統(tǒng)間通信功能

故障模擬

溫度模擬

絕緣模擬

六,、應用案例

德國Comemso與國際主流品牌Vector、EATS,、NI,、OPAL-RT等仿真系統(tǒng)**融合，在國外獲得包括戴姆勒,、寶馬,、福特、保時捷,、AVL等客戶,；在國內(nèi)包括上汽集團、寧德時代,、**汽車,、吉利汽車、蔚來汽車等客戶的信任,。

1,、VectorVector VT System＋vTESTstudio＋CANoe

客戶：戴姆勒、寶馬等

2,、ETAS LABCAR

客戶：上汽集團,、寧德時代、**汽車,、吉利汽車,、蔚來汽車、豐田等

3,、OPAL-RT+NI PXI

客戶：AVL,、福特、TATA集團等,；