富瑞博新能源|德国科尼绍电芯模拟器BMS-HIL电池管理系统

前言

BMS硬件在环仿真测试系统主要为测试BMS的控制算法、功能验证、故障诊断等提供良好的闭环测试环境。通过HIL仿真测试系统可以快速开发和验证BMS的控制功能和诊断功能，尽早发现BMS 产品在设计和开发过程中存在的各种缺陷，不断完善和提高BMS产品的功能和性能。电池电芯模拟器电池芯模拟器可精准模拟锂离子电池芯，于可靠安全的环境下取代电池芯，测试电池管理单元(BMU) 或子系统的电池芯量测单元(CSC)，适合应用于电动汽车及储能电池相关的领域。

一、HIL仿真测试

HIL 仿真测试为电子控制单元（ECU）的控制算法及功能开发提供了良好的闭环测试环境，为产品全方位验证提供有效支持。通过 HIL 仿真测试系统可以快速验证ECU控制功能，提早排除可能存在的故障，完善所设计开发的系统产品。汽车制造商应对增长的 ECU测试需求的唯一途径是高效地创建测试和自动化执行测试。HIL仿真测试作为一种可行的测试手段，可以在“虚拟车辆”中对控制器进行大量测试，而无需真实的车辆。HIL测试系统可模拟驾驶员、车辆及其工作环境，因而是自动测试 ECU 的一种理想实验室工具。

HIL 仿真测试手段的优势：

l   可进行极限或危险条件下的 ECU 测试，而不会对人员或车辆造成危害，保证了测试的安全性；

l   快速模拟/重现复杂的故障模式（包括电气故障、信号不合理等），提高 ECU 的复杂诊断功能的测试覆盖率；

l   可模拟整车环境，实现多 ECU 的集成测试，同时验证总线功能和整车系统行为，以降低测试工作的重复投入；

l   通过测试案例设计，可实现自动化测试，提高测试工作效率；

l   通过测试案例的持续积累和改进，形成 ECU 相关知识沉淀，便于更好地进行 ECU 设计和功能验证。

二、BMS系统测试

电池管理系统(BMS)的功能应当包括电池基本保护功能、电池均衡功能、电池储备能量测算功能、电池自检和故障诊断、网络通信功能。

l   基本保护功能

电池管理系统BMS 的基本保护功能主要包含了以下6大部分功能：过压保护功能（OV）；低压保护功能（UV）；高温保护功能（OT）；低温保护功能（UT）；过流保护功能（OC）；短路保护功能（SC）。

l   均衡功能

单体电池参数的不一致会对电池组的使用产生严重影响，尤其是串联电池组，串联电池组可用容量仅由电池组中最小容量电池的容量决定。因此，为了克服单体电池的不一致性对电池组造成的严重影响，在电池实际的充放电过程中，需要采用一定的均衡控制算法和策略使得每一个单体电池的容量和对外特性保持一致，提高电池组的性能和使用寿命。

l   SOC 测算功能

作为电池管理系统的功能，电池能量储备的测算功能是必不可少的。电池可以看作一个复杂的非线性系统。影响电池容量有内部及外部诸多因素，包括电池温度、电池寿命、电池内阻和放电率等。因此，对SOC的估算难度可想而知，而如何验证SOC测量的算法准确性是BMS HIL系统的一大测试重点和难点。

l   故障诊断和报警功能

电池管理系统BMS必须具备完整的系统自检、故障存储和显示功能功能。无论电池处在充电、放电时，还是停车休眠时，任一电池的电压、电流和温度超过设定的限值，电池管理系统(BMS)都应能发出声、光警报，并输出报警信息，自动控制调节充、放电或切断电路。

l   网络通信功能

作为纯电力或者混合动力汽车核心控制器之一的BMS系统，需要和整车其它控制器进行实时和大量的数据交互，因此，CAN网络通信功能是其必须具备的主要功能之一。

三、德国Comemso BMS测试系统硬件平台

BMS－HIL系统主要由三部分组成：硬件平台、实验管理软件和实时软件模型。

德国Comemso BMS测试系统硬件方案包括如下：

l   仿真高精度的单体电池的电压信号，可实现高压电池组的电压模拟

l   内置电子负载，并具备高精度电流采集功能，可实现BMS的主动及被动均衡测试

l   提供电池包温度传感器信号的模拟

l   提供高压系统的绝缘电阻仿真

l   可选电池单体故障注入功能，包括：输出短路、输出开路、串联在一起的通道间开路、采样线开路、对低压线路短路等

四、电池电芯模拟器

l   电池芯模拟器可精准模拟锂离子电池芯，于可靠安全的环境下取

l   代电池芯，测试电池管理单元(BMU) 或子系统的电池芯量测单元(CSC)，适合应用于电动汽车及储能电池相关的领域。德国科尼绍Comemso BCS 电池电芯模拟器允许您在电芯级别上测试电池管理系统,具有高精度和高动态性。这种虚拟电池单元的电气仿真使您能够实现 BMS 的安全,可重复和全自动测试。电池模拟器是 BMS 测试系统的核心。、

l   该产品获得2013年德国巴登-符腾堡州工业创新设计大奖

l   灵活的电压源和电流负载调整

l   电池电芯模拟器的通用功能特点

使用德国科尼绍comemsoBCS电池电芯模拟器可以对 BMS 进行高精度功能测试。每个电池都有一个电子负载,可用于主动和被动平衡。这个恒定电流吸收器可以产生高达4.5A的电流(取决于所选的功能)。即使在3米长的电缆上, comemsoBCS电池电芯模拟器也能直接在 BMS 测试对象上提供所有精度。

故障模拟和电流测量

每个单元提供故障模拟,用于产生短路,电缆断裂和极性变化(反极性)。每个单元输出还包括高精度电流测量系统。这种市场创新使 BCS 能够检测平衡电流以及每个电池的漏电流,例在一个关闭的 BMS。这样,可以快速分析整个电池模块的深度放电。通过集成的库仑测量,可以验证每个电池的平衡过程。comemsoBCS结合了高精度电池单元仿真和高分辨率测量技术以及扩展的验证功能。通过 CAN 或EtherCAT进行通信,即使在> 120个电池时也能进行高性能测量和高动态控制。

每个单元的集成故障模拟

Comemso BCS技术参数总览