三、BMS测试系统-电池组仿真

文章目录 二、BMS测试中的挑战 三、BMS测试系统-电池组仿真 3.4 系统结构3.5 系统优势 四、结语

终于，到了我们的测试环节，BMS为什么需要测试，怎么来测试它

一、关于BMS测试

首先就是应不应该对BMS进行测试，当然是应该。

然后是为什么需要测试，我们通过前两篇文章的内容，给大家讲了BMS的重要性，我们起码知道了一点，BMS不能出错，或者是尽量少出错。

那么我们怎么解决这个问题呢？就是需要进行大量的测试.

1.1 BMS测试的分类

在产品的设计和制造过程中，会按阶段对设备进行不同的检验，主要大概就分为这么几类

1.1.1 质检机构的检验

首先是质检机构的检验，这个是强制的，没办法通过就不算合格。

这是质检机构要做的事，都会有相应的标准和参考文件

1.1.2 研发人员的验证

其次呢，作为研发人员，在做研发的过程中，需要对产品进行各种验证和调试

1.1.3 采购方的验证

接下来作为采购方，一般来说整车厂什么的，也需要根据国标，行业标准，和厂标对BMS进行验证和测试.

这里主要是进行常规的验证，包括高低温环境验证，还有就是各种功能的验证，包括常规功能和一些特定的功能。

1.1.4 出厂前的验证

除了采购方，在BMS出厂的时候，也需要我们厂商自身对BMS进行一些列测试和验证，比如说抽检进行老化测试，各种精度的验证，保护功能的验证等等。

二、BMS测试中的挑战

对于BMS的测试，其实还有好多的方面比如说我们的V字型的开发流程模型中，涉及到的测试非常多，从纯软件方面到纯实物的测试都有。

总体来说，在测试中非常重要的一个角色就是电池组，BMS因为电池组而产生，最终也是作用到电池组，所以在测试中，电池组是完全不可少的一个硬件

我们之前一直在说电池组，在车上电池组是个好东西，但是在测试中却是最大的一个问题。

2.1 安全问题

首先，最大的一个问题是安全问题。

我们讲电池组可以安全工作的一个重要条件就是有BMS，那么，我们现在在测试BMS，就是说我们不知道BMS的好坏，不知道我的均衡逻辑和保护逻辑有没有漏洞，那么这个时候其实电池是工作在危险的环境中的，可能如果我们是在做小实验，拿着几节电池在哪里调试，真的出问题了可能相对还是可控，但是起码也会烧毁一些东西，如果电池一旦多了恐怕真的是要出事故，是很危险的。

2.2 电池状态问题

其次呢，我们测试的时候需要的是电池的各个状态下的数据，有充电过程，放电过程，甚至还有电池老化之后的数据。但是电池呢，是一个实打实的连续变化的量，在实际中，我们知道充放电过程都是比较慢的，然后电池老化的速度更慢，如果我们拿真的电池组来做实验，电池的状态不能随心意切换，需要频繁发充放电，那效率可以说是很低了。

2.3 参数调节问题

最后呢，就是适配问题，不同的电池组，他们的物理特性其实并不是完全一样的，这样在测试的过程中，尤其是涉及到参数的调节等，我们需要准备很多种不同的电池组来支撑测试。

2.4 解决方法-电池组仿真

所以说，测试中如果一直使用真实的电池，那必然是很不合适的。我们想要一种系统可以解决这几个问题。

基于此，我们就有了这套系统，电池组仿真器。就是使用一个模拟器，来解决上述问题所有的问题。

其实目前来说很多的硬件在环仿真系统都称自己拥有电池组模拟器，但是多数呢基本上是在模拟电池的电压行为。这个显然是不够的，我们要仿真，就要尽量的贴近实际上被仿真的物体，所以我们不止要仿真电压，还要仿真电流，甚至温度，以及电池串联起来之后的特性，只有我们的设备越是接近被仿真的设备，才能最大限度的保证测试结果。

三、BMS测试系统-电池组仿真 3.1 系统功能

我们来具体的看一下我们对于仿真系统的要求，基本功能

仿真主要参数：

其他功能：

主要的仿真参数，包括单体电池的，也包括电池包的。

另外还要具备一些其他的功能。比如说时CAN通讯，以及必要的数字IO和模拟IO。

这个系统解决的问题，主要是以下的几个:

3.2 电池组仿真功能图

这是我们的系统结构

这个整体下来是一个闭环，首先能够产生信号给到BMS，让BMS正常工作，又可以利用CAN接口和多功能IO采集BMS做出的反应，充当执行器的相关功能，所以在这一个系统上就可以完成测试。

3.3 测试系统核心设备

下面我们来看一下我们选择的核心设备

3.3.1 电芯仿真器

首先第一个核心设备就是我们的电芯仿真器，采用的是的电芯仿真卡，集成度较高的，单块卡可以仿真6个电芯，这个在PXI平台上还是比较少见的。

这是产品的一个结构图，是一个四端输出的设备，，直接从机箱背板取电，每一个电芯都可以独立控制，同时可以设置一些一键保护的功能

电压范围： 0-7V

电压步进： 电压精度： 0.2%

输出电流： 可堆叠： 上限750V

这里比较重要的一个环节是电芯之间支持串联堆叠，就是可以像真实电池一样一节一节的串联起来，一百多个单体叠到一起，总电压可以到750V，一般来说我们是96节电池堆叠，到三百多伏特，这套系统还留有足够的裕量，来仿真总电压。这个功能在这种模块化的板卡上相对来说还是比较少见，因为这样就意味着需要更高的绝缘等级和防护等级。但是这样也可以更加真实的仿真出电池包的特性。当然，还有一种偷懒和节省成本的办法，就是用高压源串联部分的这个卡，可以做到部分电池可调节。yi’ba//但是这个总电压是没有办法来驱动电机或者超大功率的负载的。

3.3.2 温度仿真器

第二个设备是温度传感器的仿真，我们采用的同样是的程控电阻卡，这是很有特色的一款产品，目前来说做的是最好的，还没有人可以超越他们。

一般来说我们测温常用的是电阻型的传感器，NTC,PTC的都有，例如PT100,PT500,PT100等等，

这种传感器对于控制器来说，就是一个不断变化的电阻值，我们的控制器通过采集传感器的电阻值来感知环境，就是某一个确定的电阻值就代表某一个确定的温度。

我们使用程控电阻来将温度对应的电阻值仿真出来，这样就可以快速的调节到确定的温度值，在正常和异常，高温和低温之间的切换都是很快的。与之对应的就是把实际的传感器放入温箱中，通过调节温箱的温度与来达到在实验室中让传感器采集不同的数据，但是这个过程变化缓慢，我们知道温度是一个缓慢变化的量，没办法突变，另外就是一个温箱只能设置一个温度，要是想要不同的温度得多几个温箱。当然，也有人使用电阻箱来实现，电阻箱最大的问题就是一个是体积过大，另外一个是无法程控。所以用这种程控电阻还是仿真温度最优化的一种方式。

这是这种卡的结构

这个卡根据传感器的不同，单块支持4-24个传感器的仿真，温度范围非常的广，覆盖了所有的实际中遇到的环境温度

分辨率和精度也相当的高

单块卡仿真数量：4-24个

温度范围：-150°C to >+850°C

温度分辨率： 电阻精度： 0.1%

3.3.2 电流仿真器

接下来是电流仿真器，因为目前来说测电流的方式不止一种，有的是使用霍尔型电流传感器，有的是使用分流器，都是把电流转换成电压信号来测量。

对于分流器呢，其实就是一个很小的线阻串到通路中，通过测量两端的电压 计算电流，因为是串联，所以电阻必须很小，才能有很小的压降，从而不影响正常工作，压降小了，所以输出就会很小，因此我们要仿真这种特性，就需要使用输出范围很小但是很精确的电压源。

这个产品是一个比较新的产品，它本来设计出来的用途是用于热电偶仿真，热电偶大家都知道，就是利用金属的热电效应，通过两种不同的金属连接，然后热端和冷端因为温差就会形成一个电压输出，当然这个电压是很小的，而我们的这款产品主要就是用来仿真这种小而精确的电压，达到仿真热电偶探测到的温度这种效果。但是我们发现这款产品的用途不止于此，再测试中需要这种小范围高精度的电压源的地方有很多，在遇到分流器的时候，我们就顺理成章的想到了这款产品。其电压范围有20，50，100毫伏，并且通道之间是隔离度的。

对于霍尔型传感器，基本上都是封装好的产品，所以输出的电压会相对较高一些，我们使用电压范围为5V的板卡来仿真。

分流器：

霍尔型传感器：

3.2.4 故障注入器

接着有一个比较值得一说的是我们的故障注入系统，我们做过HIL的都知道故障注入是很重要的一环，通过仿真各种故障，来判断极限情况下控制器的算法逻辑是否合理以及动作是否到位。

传统的故障注入一般使用人工接插线来实现，但是我们是自动测试系统，肯定会比较高级一些，我们使用了拥有特殊结构的故障注入板卡，可以比较轻松的模拟各种物理层和电气层的故障，比如说短路，断路，对地对电源的开短路等等。

这是一个故障注入卡的原理图，一端连接的是我们的各种模拟器，另一端连接的是BMS，我们通过动作中间的继电器，就可以制造不同的故障。比如说开路，短路这些。

同时这个故障注入卡还配备了BOB的引出方式，不需要另外接线，直接插上去就好。

3.4 系统结构

还比如说CAN卡，也是基于PXI模块的，不止可以提供CAN接口，还可以提供IIC，232，485等其他的串口。多功能IO卡，可以同时提供数字IO和模拟IO，再加上前边的电芯仿真器，温度仿真器，电流仿真器所有的这些，都可以放入PXI模块化机箱，进行统一的控制。

当然，除了这些设备，还有一些是PXI设备确实办不到的，比如说一些超大功率的电压源，因为功率的限制无法放入机箱内，所以我们选用了台式设备，还有就是连接方面，因为我们的线束较多，为了方便连接，同时保证稳定性，我们选取了一些有保障的海量互联方案，同时保证便捷性和稳定性。

最后呢当然还有人机交互的接口，键盘鼠标和屏幕，当然如果需要，我们也可以开放远程接口，通过互联网实现远程测试。

所有的这些，我们会集中在一个机柜里边。

3.5 系统优势

四、结语

至此，BMS专题暂时告一段落，我们从动力电池，BMS的分类与功能，BMS的测试系统对系能源汽车的BMS测试系统的实现进行了一个简单的介绍，接下来有机会我会跟大家分享一些更加深入的方案。

参考链接：