電力傳動(dòng)及電池管理系統驗證

系統復雜性的不斷增加為軟件設計及ECU系統的驗證帶來(lái)了新的挑戰，這就要求仿真工具不僅可以處理這種復雜性，還能夠提供具有成本效益且得到行業(yè)認可的驗證方法和流程。

目前，許多不同的交通工具平臺都采用了混合動(dòng)力及電力傳動(dòng)（e-drive）控制系統，比如飛機、乘用車(chē)及商用車(chē)。這些系統需要采用電池管理系統（BMS）及其他一些系統，來(lái)處理系統在電力方面的需求。

不過(guò)，這些技術(shù)的發(fā)展增加了系統的復雜性，在平臺多樣性方面表現得比較明顯，而在不同電子控制單元（ECU）的控制算法方面尤甚。

系統復雜性的不斷增加為軟件設計及ECU系統的驗證帶來(lái)了新的挑戰，這就要求仿真工具不僅可以處理這種復雜性，還能夠提供具有成本效益且得到行業(yè)認可的驗證方法和流程。

這些仿真及測試工具及流程需要能夠在整個(gè)設計過(guò)程的不同階段為基于模型的設計（MBD）提供足夠的支持，從控制概念仿真到最終目標系統的確定。采用模型在環(huán)（MIL）、軟件在環(huán)（SIL）及硬件在環(huán)（HIL）方式的MBD設計流程要能夠利用整個(gè)流程中采用的各種工具帶來(lái)的協(xié)同效應。

硬件在環(huán)仿真常常用于電力傳動(dòng)及電池管理控制系統的驗證。該驗證流程涉及具體的模型處理及實(shí)時(shí)接口的實(shí)施技巧，此外還有關(guān)鍵的功率接口及電氣硬件功能性。

電力驅動(dòng)系統及混合動(dòng)力系統有強制性的先進(jìn)控制方式，將其與現代動(dòng)力總成技術(shù)及領(lǐng)先的能量存儲系統結合起來(lái)。

電池管理系統（BMS）在這些系統中扮演不可或缺的角色，因其負責控制能量的存儲及確保電動(dòng)汽車(chē)及混合動(dòng)力汽車(chē)的經(jīng)濟性和安全性。電機控制器技術(shù)在零件、集成開(kāi)發(fā)及測試系統方面也提出了新的要求，因為電機的仿真需要更高水平的計算能力及精確度，這樣才能獲得更加準確的閉環(huán)仿真結果。

這些系統也傾向于采用分布式ECU，而這更進(jìn)一步增加了集成測試及開(kāi)發(fā)的復雜性。

不過(guò)，電力傳動(dòng)系統ECU測試需要具體的硬件，視測試接口而定。電池管理系統也需要具體的硬件和建模方式，主要視能量控制ECU內部的零件分布而定。

電力傳動(dòng)系統采用電機速度及電流來(lái)形成環(huán)路，因此這些接口和功率負荷的詳細參數必須考慮在內。電力傳動(dòng)應用中的這些控制環(huán)路需要高速實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)響應，這就需要采用更高仿真度的模型，而且具備穩定的控制動(dòng)態(tài)效應，可以形成封閉環(huán)路。信號測量所需的時(shí)間分辨率在低于微妙的范圍內，而且這些測量必須適用于電力電子模型——在該模型中，交換延時(shí)和死區時(shí)間現象可以得到有效解決。

此外，不同的應用，比如無(wú)傳感器BLDC電機就需要針對反電勢仿真采用針對性的接口，以確保適當的測試功能。

電池單元仿真測試是驗證不同電池單元間或電池堆子系統間平衡性控制策略的關(guān)鍵。不同的電池類(lèi)型也在這些電池管理系統的監控范圍內（鋰離子、鎳氫、鉛酸等），因此模型在建立的時(shí)候需要將這些特性考慮進(jìn)去。對多個(gè)電池單元在維持同步更新頻率的情況下實(shí)現實(shí)時(shí)仿真，加上還要對相關(guān)溫度傳感器的仿真，這之中有很多的限制。

電池單元一般采用串聯(lián)的方式連接在一起，因此許多電池單元或電池子系統都具有較高的地電位，需要采用合適的絕緣方式來(lái)解決。這種電池單元仿真的最主要要求是較高的電壓解析度準確度（mV范圍），且電壓漂移低。

要實(shí)現電機的仿真，模型須能夠在合適的精度下實(shí)時(shí)運行，這樣可以在信號級及功率級方式下進(jìn)行測試，具體采用哪種方式則視需要被測試系統的類(lèi)型來(lái)定。這種類(lèi)型的仿真及測試有多種選擇，主要依據電機及電力電子的特性來(lái)確定。

在電池管理系統ECU的測試中，需要采用高精度硬件進(jìn)行電池單元的仿真，此外還需要具備所需的功能性，這樣才能對電池的平衡機制進(jìn)行測試，同時(shí)提供合適的高壓及ECU通信接口。這些系統的實(shí)時(shí)計算也具有非常嚴苛的要求，無(wú)論是高速電機負荷仿真還是具有多電池單元的電池堆仿真。這就需要采用經(jīng)過(guò)驗證的系統，可以確保計算機接口的功能性。

此外，這些系統的安全要求也非常重要，尤其考慮到高壓及高電流很可能會(huì )出現在逆變器電機接口及電池堆內的情況。

還有一些應用可能需要采用特殊的測試硬件接口及實(shí)時(shí)模型控制，這樣才能夠對系統性能或監控管理狀況進(jìn)行充分的驗證。

汽車(chē)、航空及商用車(chē)領(lǐng)域的需求比較嚴苛，也是促使這些接口創(chuàng )建的推動(dòng)力，因為對安全的考慮及對昂貴硬件的潛在破壞性也使得在任何真正硬件集成前首先進(jìn)行功能性測試成為必不可少的一步。

這些系統測試還可以通過(guò)幾種方式利用虛擬ECU測試的做法。

電機控制器及電池管理系統單元的核心軟件可以采用模型在環(huán)及軟件在環(huán)的方式進(jìn)行測試，通過(guò)這種方式制定的測試方案也可以用于硬件在環(huán)環(huán)境中。這些控制系統還可以采用多個(gè)控制器，還可以在硬件在環(huán)環(huán)境中缺少相應硬件的情況下對這些系統展開(kāi)測試，在這種情況下，缺失的ECU的核心軟件以虛擬ECU的方式運行。

這些特性和功能的實(shí)現提出了一個(gè)要求，即需要在工具、虛擬ECU和硬件在環(huán)環(huán)境之間需要形成一種標準的互操作性。 隔離器相關(guān)文章:隔離器原理