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基于HIL測(cè)試原理，探討純電動(dòng)汽車(chē)電子電器總成的測(cè)試方案

2022-01-12 09:10:29·  來(lái)源：汽車(chē)電子設(shè)計(jì)  
　
動(dòng)力電池生產(chǎn)過(guò)程中，為保證產(chǎn)品的質(zhì)量需要在產(chǎn)品下線前進(jìn)行故障診斷測(cè)試，簡(jiǎn)稱(chēng)尾線測(cè)試（EOL測(cè)試，End of line testing）。測(cè)試內(nèi)容包含BMS功能測(cè)試（電流采集
動(dòng)力電池生產(chǎn)過(guò)程中，為保證產(chǎn)品的質(zhì)量需要在產(chǎn)品下線前進(jìn)行故障診斷測(cè)試，簡(jiǎn)稱(chēng)尾線測(cè)試（EOL測(cè)試，End of line testing）。測(cè)試內(nèi)容包含BMS功能測(cè)試（電流采集，電壓采集，link電壓），電池一致性測(cè)試，繼電器閉合等測(cè)試。要實(shí)現(xiàn)以上功能測(cè)試，EOL設(shè)備設(shè)計(jì)復(fù)雜，且投入成本較高。本文基于硬件再環(huán)測(cè)試原理，結(jié)合工程實(shí)際情況，分析電池管理系統(tǒng)的測(cè)試需求，提出一種針對(duì)電子電器總成的測(cè)試系統(tǒng)搭建，實(shí)現(xiàn)故障在生產(chǎn)作業(yè)鏈早期發(fā)現(xiàn)，降低返修成本，為電池生產(chǎn)企業(yè)效率提升提供一種新的解決方案。
01、硬件在環(huán)測(cè)試原理
硬件在環(huán)HIL（Hardware in the loop），原理通過(guò)構(gòu)建硬件在環(huán)仿真器，與被測(cè)電控單元構(gòu)成閉環(huán)實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)。由在環(huán)仿真器模擬被控對(duì)象的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電控單元穩(wěn)定性和功能性的測(cè)試。HIL技術(shù)作為V模式開(kāi)發(fā)流程中驗(yàn)證環(huán)節(jié)，可以通過(guò)準(zhǔn)確模擬輸入輸出控制信號(hào)，替代實(shí)物系統(tǒng)，模擬極限測(cè)試和破壞實(shí)驗(yàn)，提高開(kāi)發(fā)效率和降低開(kāi)發(fā)成本，目前在新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用，如圖1為典型的硬件在環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)。
圖1 典型的BMS在環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)
02、動(dòng)力電池系統(tǒng)的測(cè)試需求
在電動(dòng)車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)中，動(dòng)力電池系統(tǒng)問(wèn)題主要分為三個(gè)部分，動(dòng)力蓄電池電壓或者內(nèi)阻自身的問(wèn)題，包含電池管理系統(tǒng)（Battery Management System）的電子電器總成相關(guān)的問(wèn)題。根據(jù)BMS功能來(lái)劃分，電池管理系統(tǒng)通常具有采樣、故障診斷、控制策略算法、通信、開(kāi)關(guān)量控制以及均衡六部分功能。電池采樣是指從電池包內(nèi)部采集單體電池的電壓和電池包溫度等參數(shù)。通常動(dòng)力電池測(cè)試包電壓高達(dá)幾百伏，超過(guò)人體安全電壓。在實(shí)際生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中，可以通過(guò)電池模擬器模擬電壓，代替實(shí)物電池包，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。
03、電子電器總成測(cè)試系統(tǒng)的搭建
相比于以往通過(guò)電池廠或主機(jī)廠搭建試驗(yàn)臺(tái)對(duì)電池整包進(jìn)行測(cè)試，成本動(dòng)輒上百萬(wàn)，可以將測(cè)試內(nèi)容拆開(kāi)，電子電器總成測(cè)試和電池線下測(cè)試。本文基于HIL測(cè)試原理，旨在搭建電子電器總成硬件在環(huán)仿真測(cè)試平臺(tái)，基于電池仿真模擬系統(tǒng)模擬出一套完整的電池動(dòng)態(tài)模型及運(yùn)行環(huán)境，并結(jié)合測(cè)試管理等軟件，連接BMS控制器，電池繼電器和執(zhí)行器進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試測(cè)試。
通過(guò)模擬電池組在各種條件下的動(dòng)態(tài)參數(shù)來(lái)驗(yàn)證電池管理系統(tǒng)的控制策略和性能并可對(duì)電池管理系統(tǒng)和執(zhí)行器傳感器的各項(xiàng)功能參數(shù)進(jìn)行在線驗(yàn)證。BMS硬件在環(huán)仿真測(cè)試平臺(tái)搭建主要包含3大部分：電池包模擬器，待測(cè)電子電器總成，NI實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)和上位機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。如圖2電子電器總成測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2 電子電器總成測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
●電池包模擬器可以模擬電池包的單體電壓和溫度信號(hào)，并且通過(guò)CAN總線實(shí)時(shí)通訊。電池可以模擬單體電池電壓為0-6V左右。
電池模擬器主要是用來(lái)模擬多串電池，數(shù)量靈活可調(diào)，可以通過(guò)串聯(lián)或者并聯(lián)設(shè)計(jì)不同的鋰電池包。具備單節(jié)電壓可調(diào)節(jié)，用滑動(dòng)變阻器模擬溫度，溫度范圍可調(diào)。如圖3，24節(jié)電池包模擬器。
圖3 鋰電池模擬器
●待測(cè)電子電器總成包含電池管理控制器，繼電器，電流傳感器等電子電器元件。如圖4，電池包內(nèi)部電子電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
圖3 電池包內(nèi)部電子電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
●上位機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)
利用MATLAB/Simulink搭建電池仿真模型，基于Labview軟硬件平臺(tái)對(duì)BMS仿真測(cè)試環(huán)境進(jìn)行搭建，LabVIEW 是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器 NI 公司研制開(kāi)發(fā)，類(lèi)似于 C 和 BASIC 開(kāi)發(fā)環(huán)境，但與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是 LabVIEW 使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。
該開(kāi)發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具。
上位機(jī)可以根據(jù)用戶權(quán)限設(shè)計(jì)管理界面，根據(jù)待測(cè)電子電器系統(tǒng)的工藝參數(shù)要求，編寫(xiě)測(cè)試流程并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示測(cè)試結(jié)果，測(cè)試結(jié)果可以根據(jù)日期的形式進(jìn)行保存方便后期質(zhì)量分析和產(chǎn)品追溯。如圖5電子電器總成測(cè)試診斷系統(tǒng)（上位機(jī)平臺(tái)）。
圖3 電池包內(nèi)部電子電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
本文基于硬件在環(huán)測(cè)試（HIL）測(cè)試原理，構(gòu)建電池模擬器，搭建針對(duì)BMS在內(nèi)的電子電器總成的測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的故障診斷。主要優(yōu)勢(shì)有兩點(diǎn)：
第一，電池模擬器代替真實(shí)電池包，降低了高壓安全的風(fēng)險(xiǎn)。
第二，將電池性能測(cè)試過(guò)程分解，可以降低EOL測(cè)試的成本，同時(shí)可以縮短節(jié)拍時(shí)間。相信未來(lái)隨著新能源電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)量的持續(xù)增長(zhǎng)，這種降本增效的動(dòng)力電池測(cè)試平臺(tái)會(huì)越來(lái)越受到電池廠和主機(jī)廠的青睞。
作者介紹：堅(jiān)果
微信號(hào)：Annie413190475
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