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电池管理系统HIL测试解决方案

1.概述
        电池管理系统(Battery Management Systern,简称BMS)是电动汽车中一个越来越重要 的关键部分,是一个处于监控运行及保护电池关键技术中 的核心部件。
图1.1BMS功能
        采用真实 的电池组测试BMS有着诸多 的弊端:
• 极限工况模拟给测试人员带来安全隐患,例如过压、过流和过温,有可能导致电池爆炸。
• SOC估计算法验证耗时长,真实 的电池组充放电试验耗时一周甚至更长 的时间。
• 模拟特定工况难度大,例如均衡功能测试时,制造电池单体间细微SOC差别,电池热平衡测试时,制造单体和电池包间细微 的温度差别等。
• 以及其他针对BMS功能测试,如电池组工作电压、单体电池电压、温度、SOC计算功能、充放电控制、电池热平衡、高压安全功能、均衡功能、通讯、故障诊断、传感器等一系列 的测试,OEM都面临着诸多挑战。
2.解决方案
        面对上述挑战,lol总决赛下注提供基于TestBase 的BMS HIL测试解决方案,该系统方案主要包括以下部分:
• 实时仿真平台:基于NI提供 的PXI总线系列板卡开发,由实时处理器、实时I/O板卡等组成,可进行快速 的数据运算。
• 电池仿真板卡:用于单体Cell模拟,结合电池仿真模型,可动态输出单体电池 的电压、温度等; 
• 电池仿真模型:采用等效电路原理建模,用于计算电池工作时 的电压、电流、温度、SOC等状态量。
图2.1电池仿真整体方案
        上述系统方案中使用了lol总决赛下注自主开发 的电池单体仿真模块,该模块已成功应用于多个OEM 的新能源汽车BMS HIL项目。
应用领域
• 电池模块或单体 的模拟;
• BMS均衡,绝缘及SOC估算算法验证;
• BMS充放电,高压安全测试;
• 基于实车工况 的通讯和功能验证。
功能特点
• 通过串联实现高达150个单体电压模拟;
• 方便准确 的实现电池温度,绝缘检测;
• 实现高压上下电及预充继电器控制;
• 精确模拟电池各单体 的特性,并对各传感器进行模拟;
• 满足CAN,LIN及SENT等通讯协议;
• 可根据客户实际BMS进行IO及设备定制化。
3.产品特性及优势
3.1.电池仿真模型原理及特性:
        电池仿真模型基于等效电路法进行建模,并且考虑了电池电芯不同阶段 的极化损耗及自放电损耗等因素对电池电压和SOC 的影响,明显改善了电池模型稳态及瞬态响应。
        电池模型功能如图3.1所示:
图3.1电池仿真模型特性
        电池单体脉冲放电试验仿真曲线与真实单体脉冲放电曲线 的对比,如图3.2所示:
   
  
图3.2电池模型仿真对比曲线
3.2.电池仿真板卡功能及特性:
        电池模型计算完成后,电池模型中单体电池 的状态信息输出给电池仿真板卡,如单体电压信号,并将单体电压信号送给BMS子板,即可实现单体电池电压 的仿真与测试,电池仿真板卡功能如图 3.3所示:
图3.3电池板卡功能及指标
        通过结合电阻仿真板卡、绝缘电阻仿真板卡,可实现单体电池温度及绝缘电阻 的仿真模拟,具体参数指标如图3.4所示:
图3.4电池仿真模块具体参数指标
4.总结
        对比采用真实电池 的BMS测试,采用电池仿真技术 的HIL测试具有如下明显 的优点:
• 安全、节能:避免大功率充放电过程,避免了测试给试验人员造成 的安全隐患;
• 方便制造各种BMS故障,从而全面 的测试BMS诊断功能;
• 通过软硬件配置实现多种规格 的电池组(单体数、电压等级)仿真;
• 可在线快速修改电池状态,如SOC、温度等,提高测试效率;
• 通过修改模型参数即可实现电池老化、单体不一致等现象 的模拟;
• 可模拟整车运行环境。
 

 

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