基于CANoe实现BMS闭环HIL测试系统

电池管理系统（Battery Management System，简称BMS）在新能源汽车中用作监控运行及保护电池关键技术的核心部件，其主要功能包括：电池参数检测、电池状态估计、在线故障诊断、电池安全控制与报警、充电控制、电池均衡和CAN网络通信等，相关测试至关重要。Vector提供专为汽车行业测试应用场景定制开发的I/O板卡系统VT System，行业最优的自动化测试脚本和测试规范开发工具vTESTstudio，结合CANoe 构成完整的hil测试平台。


高压所需的单体模拟器市面上产品几乎均可使用CAN或Ethernet总线控制，故而可直接集成CANoe控制；CANoe提供和MATLAB的交互插件，使得电池模型可集成到CANoe并下载到实时处理器中。本文结合VT System系统和Scienlab的电池单体仿真板卡（Scienlab针对BMW的应用需求在2008年开发了全球第一款电池单体模拟器），在CANoe中构建对BMS全面测试的HIL系统做说明，其可满足BMS功能测试、性能测试和网络测试；通过模拟各种负载工况，实现对BMS软件需求验证、功能测试、算法验证及初始标定等工作。软硬件组成和实物见下图所示：



CANoe除标准配置外可选配CANoe Option AMD/XCP、CANoe Option J1939和CANoe Option Ethernet，其中：CANoe Option AMD/XCP可直接加载A2L文件到CANoe中，满足BMS内部数据的监控与测试；CANoe Option J1939对国标充电报文解析的支持；CANoe Option Ethernet用作通过Ethernet控制的单体模拟器的集成。BMS测试所需的VCU和MCU等控制器交互的总线网络行为，直接使用CANoe中提供的NM、IL和TP的dll库构建，包括E2E机制的仿真测试。

CANoe7.0以上版本在CANoe安装路径\Installer Additional Components\Matlab中提供和MATLAB交互的插件，用户使用手册位于CANoe安装路径下\Doc\AN-IND-1-007_Using_MATLAB_with_CANoe。耦合CANoe对总线通信功能和MATLAB对Application行为模型支持的功能，使得Model based Design在CANoe中使用，进而更好的支持XiL的测试场景。

BMS的HIL系统级测试需要集成电池模型，电池模型可采用计算端电压的等效电路，模型还需考虑充电和放电过程不同响应特性，支持电池SOC、等效电压以及温度等等。根据不同参数的组合模型可描述锂离子、镍镉、镍氢、铅酸等多种电池的特性。

用户完全可通过CANoe和MATLAB交互的接口实现所需模型的开发和集成。也可选用商业模型，如Scienlab提供每个项目定制编译为dll的电池物理仿真模型（用户也可基于scienlab提供的API创建自己的模型）。其可支持：
> 与温度和SOC相关的开路电压
> 与温度和SOC相关的内阻
> 电动势动态变化仿真，该变化由于扩散等电化学反应引起的本地浓度差产生
> 与温度、SOC和电流相关的充放电效率仿真
> 自放电效应
> 热力学模拟用于电池温度仿真
> 支持每一路电池单体电压的独立控制


CANoe配置工程可支持自动生成，自动关联Scienlab的Cell Model，配置工程生成同时也包括用作自动测试的系统变量接口和重要变量的GUI面板，如下图为自动生成面板示意：

CANoe RT Rack是Vector预先配置CANoe运行环境的实时处理器平台，技术参数：
> 四核主频3.6GHz的IntelXEON E3-1275v5/E3-1275v6主动散热型处理器
> 内存32GB，硬盘可扩展到1TB；高度4U可安装在19“标准机柜
> 2 x Gigabit Ethernet， 3 x USB 3.0， 6x USB2.0；标准显示器接口
> 10x PCIeX16 (X4 signal) ，1xPCIeX16(X8 signal) ；优化裁减的实时操作系统

CANoe RT Rack支持Vector工具自带的Vector Tool Platform (VTP)和Extended Real Time(ERT)技术。RTOS采用抢占式多任务机制，每个Task可独立采样计算，满足BMS闭环HIL测试的模型实时性要求。

其中对于支持VTP的设备，ERT技术使得Application和Real time部分各自独立处理。Application主要针对系统管理、CANoe的TFS和诊断服务等非时间关键任务。Realtime部分包括如MATLAB多任务模型执行、控制VT System的EtherCAT Master等时间关键任务；提供同步的时戳和数据处理功能；同步处理Ethernet和CAN等总线数据。

VT System是直接集成在CANoe中的I/O板卡，可选配满足低压部分的应用所需。主要板卡见下，其中特别说明VT2710支持2通道SPI，满足BMS集成测试所需。VT System板卡详细参数点击“阅读原文”获取VT System全面的介绍。