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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。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。

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)品全方位驗證提供有效支持。通過 HIL 仿真測試系統(tǒng)可以快速驗證ECU控制功能，提早排除可能存在的故障，完善所設計開發(fā)的系統(tǒng)產(chǎn)品。汽車制造商應對增長的 ECU測試需求的**途徑是高效地創(chuàng)建測試和自動化執(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”中對控制器進行大量測試，而無需真實的車輛。HIL測試系統(tǒng)可模擬駕駛員、車輛及其工作環(huán)境，因而是自動測試 ECU 的一種理想實驗室工具。

HIL 仿真測試手段的優(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。

二、BMS系統(tǒng)測試

電池管理系統(tǒng)(BMS)的功能應當包括電池基本保護功能、電池均衡功能、電池儲備能量測算功能、電池自檢和故障診斷、網(wǎng)絡通信功能。

l基本保護功能

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

l均衡功能

單體電池參數(shù)的不一致會對電池組的使用產(chǎn)生嚴重影響，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電池組造成的嚴重影響，在電池實際的充放電過程中，需要采用一定的均衡控制算法和策略使得每一個單體電池的容量和對外特性保持一致，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，電池能量儲備的測算功能是必不可少的。電池可以看作一個復雜的非線性系統(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SOC的估算難度可想而知，而如何驗證SOC測量的算法準確性是BMS HIL系統(tǒng)的一大測試重點和難點。

l故障診斷和報警功能

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

l網(wǎng)絡通信功能

作為純電力或者混合動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行實時和大量的數(shù)據(jù)交互，因此，CAN網(wǎng)絡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

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

四、電池電芯模擬器

l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

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)，適合應用于電動汽車及儲能電池相關的領域。德國科尼紹Comemso BCS 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?qū)崿F(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。、

l該產(chǎn)品獲得2013年德國巴登-符騰堡州工業(yè)創(chuàng)新設計大獎

l靈活的電壓源和電流負載調(diào)整

l電池電芯模擬器的通用功能特點

使用德國科尼紹comemsoBCS電池電芯模擬器可以對 BMS 進行高精度功能測試。每個電池都有一個電子負載，可用于主動和被動平衡。這個恒定電流吸收器可以產(chǎn)生高達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 測試對象上提供所有精度。

故障模擬和電流測量

每個單元提供故障模擬，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電池的漏電流，例在一個關閉的 BMS。這樣，可以快速分析整個電池模塊的深度放電。通過集成的庫侖測量，可以驗證每個電池的平衡過程。comemsoBCS結(jié)合了高精度電池單元仿真和高分辨率測量技術以及擴展的驗證功能。通過 CAN 或EtherCAT進行通信，即使在> 120個電池時也能進行高性能測量和高動態(tài)控制。

每個單元的集成故障模擬

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