通過(guò)對EV的精確仿真推進(jìn)BMS測試

在電池技術(shù)創(chuàng )新和全球對可持續交通不斷增長(cháng)的需求的推動(dòng)下，電動(dòng)汽車(chē) （EV） 行業(yè)正在以前所未有的速度擴張。電動(dòng)汽車(chē)的核心是電池管理系統 （BMS），這是確保電池安全性、可靠性和性能的關(guān)鍵組件。

隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)采用率的擴大，測試和驗證 BMS 設計的復雜性也隨之增加。這就是由 xMove 平臺等高級工具實(shí)現的精確仿真正在徹底改變 BMS 測試格局的地方。

了解 BMS 在 EV 中的作用

BMS 負責監控和管理 EV 的電池，以確保最佳性能和使用壽命。它可以保護電池組免受過(guò)度充電、過(guò)度放電、過(guò)熱和短路等危險。

該系統持續監測和測量單個(gè)電池的電壓、電流和溫度，計算充電狀態(tài) （SOC） 和健康狀態(tài) （SOH） 等關(guān)鍵指標，并控制冷卻和加熱機制以保持安全的工作溫度。它還可以檢測故障并在必要時(shí)觸發(fā)適當的安全協(xié)議。

最重要的是，BMS 執行電池平衡以保持最佳電池效率。不平衡的電池會(huì )限制電池的容量和功率輸出，從而降低電池的整體效率。BMS 使用繼電器和開(kāi)關(guān)來(lái)重定向電流并調整單個(gè)電池的電壓水平，從而確保整個(gè)電池組的統一性能。

鑒于其重要性，BMS 必須經(jīng)過(guò)嚴格的測試，以驗證其是否符合嚴格的性能和安全標準。然而，傳統的測試方法往往無(wú)法復制真實(shí)世界的條件并擴展以滿(mǎn)足現代電動(dòng)汽車(chē)的需求。

BMS 測試的挑戰

BMS 測試涉及在各種情況下評估其功能，包括正常運行、邊緣情況和故障條件。主要挑戰之一是電池組的復雜性。EV 電池由數百個(gè)互連的電池單元組成，因此很難大規模模擬它們的行為。

在故障條件下（例如熱失控或過(guò)壓情況）進(jìn)行測試可能會(huì )造成重大的安全隱患，使驗證過(guò)程進(jìn)一步復雜化。此外，實(shí)際作條件（例如溫度變化和負載波動(dòng)）很難在實(shí)驗室環(huán)境中一致地復制。物理原型制作和測試可能既耗時(shí)又昂貴，會(huì )延遲產(chǎn)品開(kāi)發(fā)并大大增加流程成本。

為了應對這些挑戰，工程師們正在轉向先進(jìn)的仿真平臺，以前所未有的精度復制真實(shí)世界的條件。

BMS 仿真

BMS 仿真涉及使用硬件和軟件工具來(lái)模擬電池組的行為及其環(huán)境。與依賴(lài)物理電池組的傳統方法不同，仿真平臺可以創(chuàng )建可以模擬電池運行各個(gè)方面的虛擬測試環(huán)境。這些平臺可以模擬電壓和電流波動(dòng)，復制整個(gè)電池組的熱梯度，并測試 BMS 與其他車(chē)輛系統（例如，熱管理系統和電機控制器）之間的通信。

仿真具有多種優(yōu)勢，包括增強的安全性、靈活性和成本效益。它使工程師能夠測試使用物理電池風(fēng)險太大或不切實(shí)際的場(chǎng)景，從而減少對昂貴原型的依賴(lài)并最大限度地降低安全風(fēng)險。

xMove 平臺：BMS 測試的新時(shí)代

一種用于 BMS 仿真的高級工具是 xMove 平臺，該平臺可與其他硬件和軟件產(chǎn)品配合使用，以提供準確、實(shí)時(shí)的仿真。該平臺支持單元監控單元 （CMU） 仿真和混合仿真模式，支持對 BMS 設計進(jìn)行全面測試。憑借其可擴展的架構，xMove 可以模擬從幾節電池到 216 節電池的電池組，適用于從電動(dòng)自行車(chē)到商用車(chē)的所有類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)。

該平臺提供有關(guān) BMS 響應的實(shí)時(shí)反饋，使工程師能夠微調算法和設置。它還包括故障注入功能，使工程師能夠引入短路、開(kāi)路和極性反轉等故障，以驗證 BMS 的安全機制。該軟件能夠處理電池模型、文件播放、測試自動(dòng)化工具及其模塊化硬件系統，確保與各種 BMS 設計兼容，支持各種通信協(xié)議和配置。

CMU 仿真：模擬真實(shí)世界條件

模擬 CMU 是 BMS 測試的另一種方法。CMU 負責測量和報告電池電壓、電流和溫度。CMU 和 BMS 通過(guò) iso-SPI 協(xié)議傳輸電池電壓、電流和溫度信息。FPGA 有助于仿真包含目標電壓、電流和溫度信息的 CMU iso-SPI 協(xié)議。因此，工程師無(wú)需進(jìn)行實(shí)際電壓仿真，從而減少仿真的通道數量。

此功能最大限度地減少了測試所需的硬件，有效地降低了總體成本，并且由于它是數字協(xié)議，因此提高了可重復性。工程師可以專(zhuān)注于單個(gè)組件，而不是仿真整個(gè)電池系統，從而提高效率和靈活性。在測試系統中實(shí)施仿真時(shí)，必須評估使用哪種芯片以確保與被測 BMS 的兼容性。

BMS 測試中仿真的好處

精確仿真通過(guò)解決傳統方法的局限性，正在改變 BMS 測試。將電池加熱到所需的溫度進(jìn)行測試需要時(shí)間、消耗能源并存在潛在危險。同樣，對電池充電和放電以備測試可能需要一整天才能達到所需狀態(tài)。

仿真消除了這些低效率，使工程師能夠快速安全地仿真充電和放電循環(huán)。電池化學(xué)也得到了發(fā)展，固態(tài)、磷酸鐵鋰 （LFP） 和氟化物基電池等新型電池越來(lái)越受歡迎。這些進(jìn)步影響了測試策略，尤其是與 SOC 曲線(xiàn)相關(guān)的策略。

一些新的化學(xué)成分表現出非常平坦的 SOC 曲線(xiàn)，這意味著(zhù)電池電壓的微小變化會(huì )顯著(zhù)影響 SOC 讀數。仿真器必須比以往任何時(shí)候都更加精確，以適應這些變化并提供準確的測試結果。

BMS 測試和 EV 可擴展性的未來(lái)

隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，對強大且可擴展的 BMS 測試解決方案的需求只會(huì )增長(cháng)。xMove 等仿真平臺為更高的可靠性鋪平了道路，確保 BMS 設計滿(mǎn)足最高的安全和性能標準。這些平臺還支持創(chuàng )新功能的開(kāi)發(fā)，例如預測性維護和自適應熱管理。

通過(guò)實(shí)現全面測試，仿真可幫助制造商創(chuàng )建更智能、更能響應動(dòng)態(tài)作條件的 BMS 解決方案。

通過(guò)高精度仿真實(shí)現更好的 BMS 測試

電池管理系統是 EV 性能、安全性和效率的基石。精確仿真正在重新定義 BMS 測試的執行方式，為工程師提供強大的工具來(lái)應對擴展 EV 技術(shù)的挑戰。

像 xMove 這樣的模塊化軟件連接平臺體現了這種方法的潛力，它結合了精度、靈活性和可擴展性，以推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的創(chuàng )新。隨著(zhù)仿真技術(shù)的不斷進(jìn)步，它將在加速向可持續的電氣化未來(lái)過(guò)渡方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。