純電動(dòng)汽車的主要能量來源為動(dòng)力電池系統(tǒng)，其性能直接影響整車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和可靠性。電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車最大的區(qū)別是用動(dòng)力電池作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，而作為銜接電池組、整車系統(tǒng)和電機(jī)的重要紐帶，電池管理系統(tǒng)（BMS）的重要性不言而喻。完善的 BMS能夠有效提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，并且延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池組及各電池單芯的運(yùn)行狀態(tài)，有效預(yù)防電池組自燃，實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件預(yù)警，為保障安全贏得時(shí)間。

筆者在梳理電池管理系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，為動(dòng)力電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，測(cè)試生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。計(jì)劃分為5個(gè)篇章來整理電池管理系統(tǒng)的開發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)，今天首先聊一下第四篇章 電池管理系統(tǒng)的開發(fā)與測(cè)試。

圖1.電池管理系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)

前幾章節(jié)我們依次談了電池管理系統(tǒng)的開發(fā)流程，電池管理系統(tǒng)是將前電池和電子電器進(jìn)行總成裝配，是電池與用戶之間的橋梁，主要是為了能夠提高電池的利用率，延長電池的使用壽命。因此 BMS 系統(tǒng)的性能將直接影響到電動(dòng)汽車整車的安全及可靠性實(shí)現(xiàn)電池各項(xiàng)功能。電池管理系統(tǒng)開發(fā)重要環(huán)節(jié)是對(duì)電池管理系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，目前硬件在環(huán)測(cè)試是一種高效的檢測(cè)方式。

硬件在環(huán)測(cè)試是指把BMS控制系統(tǒng)真實(shí)信號(hào)與模擬現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)相連接，依次來實(shí)現(xiàn)實(shí)車的測(cè)試環(huán)境，開發(fā)人員可以模擬設(shè)計(jì)各種測(cè)試工況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池管理系統(tǒng)的采集精度，電池狀態(tài)估計(jì)，均衡策略，CAN 通訊和故障診斷等功能進(jìn)行全覆蓋測(cè)試驗(yàn)證。而不需要安裝在實(shí)車的測(cè)試工況下，這樣可以實(shí)現(xiàn)大量的時(shí)間和成本的節(jié)約，提高BMS的開發(fā)效率。

圖2.BMS HIL 仿真總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

BMS的功能分析

整個(gè)方案的被測(cè)試對(duì)象是電池管理系統(tǒng)，因此我們首先需要對(duì)電池管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。BMS按照結(jié)構(gòu)不同分為集中式和分布式兩種。

圖3.電池管理系統(tǒng)分類

對(duì)被測(cè)試對(duì)象功能分析是搭建硬件仿真平臺(tái)重要前提，通過對(duì)BMS功能分析，進(jìn)行分析系統(tǒng)接口歸類，明確系統(tǒng)對(duì)外的接口，并且歸類為模擬量輸出輸入信號(hào)，數(shù)字量輸出輸入信號(hào)，電阻的輸出信號(hào)，CAN通訊信號(hào)等主要類型，在根據(jù)接口的數(shù)量配置HIL系統(tǒng)的硬件。

圖4.電池管理系統(tǒng)主板從板功能

BMS_HIL測(cè)試系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)硬件在環(huán)仿真平臺(tái)主要包含軟、硬件兩部分。硬件部分包括上位機(jī)、包含實(shí)時(shí)仿真機(jī)的HIL 系統(tǒng)以及被測(cè)BMS系統(tǒng)，軟件部分包括操作系統(tǒng)、仿真軟件、仿真模型。其中，BMS HIL測(cè)試系統(tǒng)由實(shí)時(shí)仿真機(jī)、電池模擬器、高壓模擬箱、信號(hào)調(diào)理箱、故障注入箱、信號(hào)轉(zhuǎn)接板等組成。

圖5.硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)開發(fā)公司

BMS_HIL硬件平臺(tái)構(gòu)建

測(cè)試平臺(tái)的硬件主要包括上位機(jī)、實(shí)時(shí)仿真機(jī)、電池模擬器、信號(hào)輔助設(shè)備等。其中上位機(jī)實(shí)現(xiàn)仿真和試驗(yàn)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(yùn)行平臺(tái)，實(shí)時(shí)仿真機(jī)實(shí)現(xiàn)電池模型及車輛模型的實(shí)時(shí)計(jì)算，并通過通信模塊將相應(yīng)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(jié)果發(fā)送給仿真機(jī)，同時(shí)仿真機(jī)可通過信號(hào)調(diào)理箱模擬車輛其他模塊并和BMS 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

●實(shí)時(shí)仿真機(jī)

硬件在環(huán)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分是實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，BMS_HIL 最重要的功能是需要實(shí)時(shí)運(yùn)行高精度的電池仿真模型及電動(dòng)汽車中與電池相關(guān)其他模型，模擬BMS與整車接口的所有信號(hào)，根據(jù)工況變化改變電池狀態(tài)數(shù)據(jù)并通過相應(yīng)接口輸出。

●單體電池模擬器

單體仿真需要模擬單體電池隨工況的電壓、溫度、SOC 變化，且需要模擬各種故障，溫度模擬通道可模擬電池溫度變化過程，以熱敏電阻輸出的形式與 BMS 的溫度監(jiān)控模塊相連。故障注入模塊包括單體的故障模擬和溫度采集的故障模擬，可模擬單體的短路、單體間開路、溫度采樣線開路、短路等故障。

●信號(hào)輔助設(shè)備

信號(hào)輔助設(shè)備包括信號(hào)調(diào)理箱、高壓模擬箱、高壓程控電源、故障注入箱、信號(hào)轉(zhuǎn)接箱、低壓程控電源等。

BMS_HIL軟件模型設(shè)計(jì)

BMS_HIL軟件模型設(shè)計(jì)分為三個(gè)過程：模型開發(fā)，離線仿真，仿真控制。

圖6.BMS_HIL軟件模型設(shè)計(jì)

圖7.電池BMS_HIL模型

BMS_HIL系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析

對(duì)電池管理系統(tǒng)硬件在環(huán)系統(tǒng)的評(píng)估，一般從BMS控制器SOC估算精度，BMS測(cè)量精度和BMS充電通訊流程等方面進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)估。