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德國Comemso科尼紹電芯模擬器

——BMS-HIL電池管理系統(tǒng)解決方案

前言

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(yàn)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(yàn)證BMS的控制功能和診斷功能，盡早發(fā)現(xiàn)BMS 產(chǎn)品在設(shè)計(jì)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。電池電芯模擬器電池芯模擬器可精準(zhǔn)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(yīng)用于電動(dòng)汽車及儲(chǔ)能電池相關(guān)的領(lǐng)域。

一、HIL仿真測試

HIL 仿真測試為電子控制單元（ECU）的控制算法及功能開發(fā)提供了良好的閉環(huán)測試環(huán)境，為產(chǎn)品全方位驗(yàn)證提供有效支持。通過 HIL 仿真測試系統(tǒng)可以快速驗(yàn)證ECU控制功能，提早排除可能存在的故障，完善所設(shè)計(jì)開發(fā)的系統(tǒng)產(chǎn)品。汽車制造商應(yīng)對(duì)增長的 ECU測試需求的**途徑是高效地創(chuàng)建測試和自動(dòng)化執(zhí)行測試。HIL仿真測試作為一種可行的測試手段，可以在“虛擬車輛”中對(duì)控制器進(jìn)行大量測試，而無需真實(shí)的車輛。HIL測試系統(tǒng)可模擬駕駛員、車輛及其工作環(huán)境，因而是自動(dòng)測試 ECU 的一種理想實(shí)驗(yàn)室工具。

HIL 仿真測試手段的優(yōu)勢：

l可進(jìn)行極限或危險(xiǎn)條件下的 ECU 測試，而不會(huì)對(duì)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(fù)雜的故障模式（包括電氣故障、信號(hào)不合理等），提高 ECU 的復(fù)雜診斷功能的測試覆蓋率；

l可模擬整車環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多 ECU 的集成測試，同時(shí)驗(yàn)證總線功能和整車系統(tǒng)行為，以降低測試工作的重復(fù)投入；

l通過測試案例設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jìn)，形成 ECU 相關(guān)知識(shí)沉淀，便于更好地進(jìn)行 ECU 設(shè)計(jì)和功能驗(yàn)證。

二、BMS系統(tǒng)測試

電池管理系統(tǒng)(BMS)的功能應(yīng)當(dāng)包括電池基本保護(hù)功能、電池均衡功能、電池儲(chǔ)備能量測算功能、電池自檢和故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通信功能。

l基本保護(hù)功能

電池管理系統(tǒng)BMS 的基本保護(hù)功能主要包含了以下6大部分功能：過壓保護(hù)功能（OV）；低壓保護(hù)功能（UV）；高溫保護(hù)功能（OT）；低溫保護(hù)功能（UT）；過流保護(hù)功能（OC）；短路保護(hù)功能（SC）。

l均衡功能

單體電池參數(shù)的不一致會(huì)對(duì)電池組的使用產(chǎn)生嚴(yán)重影響，尤其是串聯(lián)電池組，串聯(lián)電池組可用容量僅由電池組中*小容量電池的容量決定。因此，為了克服單體電池的不一致性對(duì)電池組造成的嚴(yán)重影響，在電池實(shí)際的充放電過程中，需要采用一定的均衡控制算法和策略使得每一個(gè)單體電池的容量和對(duì)外特性保持一致，提高電池組的性能和使用壽命。

lSOC 測算功能

作為電池管理系統(tǒng)的功能，電池能量儲(chǔ)備的測算功能是必不可少的。電池可以看作一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。影響電池容量有內(nèi)部及外部諸多因素，包括電池溫度、電池壽命、電池內(nèi)阻和放電率等。因此，對(duì)SOC的估算難度可想而知，而如何驗(yàn)證SOC測量的算法準(zhǔn)確性是BMS HIL系統(tǒng)的一大測試重點(diǎn)和難點(diǎn)。

l故障診斷和報(bào)警功能

電池管理系統(tǒng)BMS必須具備完整的系統(tǒng)自檢、故障存儲(chǔ)和顯示功能功能。無論電池處在充電、放電時(shí)，還是停車休眠時(shí)，任一電池的電壓、電流和溫度超過設(shè)定的限值，電池管理系統(tǒng)(BMS)都應(yīng)能發(fā)出聲、光警報(bào)，并輸出報(bào)警信息，自動(dòng)控制調(diào)節(jié)充、放電或切斷電路。

l網(wǎng)絡(luò)通信功能

作為純電力或者混合動(dòng)力汽車核心控制器之一的BMS系統(tǒng)，需要和整車其它控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)和大量的數(shù)據(jù)交互，因此，CAN網(wǎng)絡(luò)通信功能是其必須具備的主要功能之一。

三、德國Comemso BMS測試系統(tǒng)硬件平臺(tái)

BMS－HIL系統(tǒng)主要由三部分組成：硬件平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)管理軟件和實(shí)時(shí)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(hào)，可實(shí)現(xiàn)高壓電池組的電壓模擬

l內(nèi)置電子負(fù)載，并具備高精度電流采集功能，可實(shí)現(xiàn)BMS的主動(dòng)及被動(dòng)均衡測試

l提供電池包溫度傳感器信號(hào)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(duì)低壓線路短路等

四、電池電芯模擬器

l電池芯模擬器可精準(zhǔn)模擬鋰離子電池芯，于可靠安全的環(huán)境下取

l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(yīng)用于電動(dòng)汽車及儲(chǔ)能電池相關(guān)的領(lǐng)域。德國科尼紹Comemso BCS 電池電芯模擬器允許您在電芯級(jí)別上測試電池管理系統(tǒng)，具有高精度和高動(dòng)態(tài)性。這種虛擬電池單元的電氣仿真使您能夠?qū)崿F(xiàn) BMS 的安全，可重復(fù)和全自動(dòng)測試。電池模擬器是 BMS 測試系統(tǒng)的核心。、

l該產(chǎn)品獲得2013年德國巴登-符騰堡州工業(yè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)

l靈活的電壓源和電流負(fù)載調(diào)整

l電池電芯模擬器的通用功能特點(diǎn)

使用德國科尼紹comemsoBCS電池電芯模擬器可以對(duì) BMS 進(jìn)行高精度功能測試。每個(gè)電池都有一個(gè)電子負(fù)載，可用于主動(dòng)和被動(dòng)平衡。這個(gè)恒定電流吸收器可以產(chǎn)生高達(dá)4.5A的電流(取決于所選的功能)。即使在3米長的電纜上， comemsoBCS電池電芯模擬器也能直接在 BMS 測試對(duì)象上提供所有精度。

故障模擬和電流測量

每個(gè)單元提供故障模擬，用于產(chǎn)生短路，電纜斷裂和極性變化(反極性)。每個(gè)單元輸出還包括高精度電流測量系統(tǒng)。這種市場創(chuàng)新使 BCS 能夠檢測平衡電流以及每個(gè)電池的漏電流，例在一個(gè)關(guān)閉的 BMS。這樣，可以快速分析整個(gè)電池模塊的深度放電。通過集成的庫侖測量，可以驗(yàn)證每個(gè)電池的平衡過程。comemsoBCS結(jié)合了高精度電池單元仿真和高分辨率測量技術(shù)以及擴(kuò)展的驗(yàn)證功能。通過 CAN 或EtherCAT進(jìn)行通信，即使在> 120個(gè)電池時(shí)也能進(jìn)行高性能測量和高動(dòng)態(tài)控制。

每個(gè)單元的集成故障模擬

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