電力傳動及電池管理系統(tǒng)驗證
加入技術(shù)交流群
目前，許多不同的交通工具平臺都采用了混合動力及電力傳動（e-drive）控制系統(tǒng)，比如飛機(jī)、乘用車及商用車。這些系統(tǒng)需要采用電池管理系統(tǒng)（BMS）及其他一些系統(tǒng)，來處理系統(tǒng)在電力方面的需求。
不過，這些技術(shù)的發(fā)展增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，在平臺多樣性方面表現(xiàn)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(tǒng)復(fù)雜性的不斷增加為軟件設(shè)計及ECU系統(tǒng)的驗證帶來了新的挑戰(zhàn)，這就要求仿真工具不僅可以處理這種復(fù)雜性，還能夠提供具有成本效益且得到行業(yè)認(rèn)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設(shè)計過程的不同階段為基于模型的設(shè)計（MBD）提供足夠的支持，從控制概念仿真到最終目標(biāo)系統(tǒng)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(shè)計流程要能夠利用整個流程中采用的各種工具帶來的協(xié)同效應(yīng)。
硬件在環(huán)仿真常常用于電力傳動及電池管理控制系統(tǒng)的驗證。該驗證流程涉及具體的模型處理及實時接口的實施技巧，此外還有關(guān)鍵的功率接口及電氣硬件功能性。
電力驅(qū)動系統(tǒng)及混合動力系統(tǒng)有強(qiáng)制性的先進(jìn)控制方式，將其與現(xiàn)代動力總成技術(shù)及領(lǐng)先的能量存儲系統(tǒng)結(jié)合起來。
這些系統(tǒng)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發(fā)的復(fù)雜性。
不過，電力傳動系統(tǒng)ECU測試需要具體的硬件，視測試接口而定。電池管理系統(tǒng)也需要具體的硬件和建模方式，主要視能量控制ECU內(nèi)部的零件分布而定。
電力傳動系統(tǒng)采用電機(jī)速度及電流來形成環(huán)路，因此這些接口和功率負(fù)荷的詳細(xì)參數(shù)必須考慮在內(nèi)。電力傳動應(yīng)用中的這些控制環(huán)路需要高速實時的動態(tài)響應(yīng)，這就需要采用更高仿真度的模型，而且具備穩(wěn)定的控制動態(tài)效應(yīng)，可以形成封閉環(huán)路。信號測量所需的時間分辨率在低于微妙的范圍內(nèi)，而且這些測量必須適用于電力電子模型——在該模型中，交換延時和死區(qū)時間現(xiàn)象可以得到有效解決。
此外，不同的應(yīng)用，比如無傳感器BLDC電機(jī)就需要針對反電勢仿真采用針對性的接口，以確保適當(dāng)?shù)臏y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(tǒng)間平衡性控制策略的關(guān)鍵。不同的電池類型也在這些電池管理系統(tǒng)的監(jiān)控范圍內(nèi)（鋰離子、鎳氫、鉛酸等），因此模型在建立的時候需要將這些特性考慮進(jìn)去。對多個電池單元在維持同步更新頻率的情況下實現(xiàn)實時仿真，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(tǒng)都具有較高的地電位，需要采用合適的絕緣方式來解決。這種電池單元仿真的最主要要求是較高的電壓解析度準(zhǔn)確度（mV范圍），且電壓漂移低。
要實現(xiàn)電機(jī)的仿真，模型須能夠在合適的精度下實時運行，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(tǒng)的類型來定。這種類型的仿真及測試有多種選擇，主要依據(jù)電機(jī)及電力電子的特性來確定。
在電池管理系統(tǒng)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(jī)制進(jìn)行測試，同時提供合適的高壓及ECU通信接口。這些系統(tǒng)的實時計算也具有非常嚴(yán)苛的要求，無論是高速電機(jī)負(fù)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)過驗證的系統(tǒng)，可以確保計算機(jī)接口的功能性。
此外，這些系統(tǒng)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出現(xiàn)在逆變器電機(jī)接口及電池堆內(nèi)的情況。
還有一些應(yīng)用可能需要采用特殊的測試硬件接口及實時模型控制，這樣才能夠?qū)ο到y(tǒng)性能或監(jiān)控管理狀況進(jìn)行充分的驗證。
汽車、航空及商用車領(lǐng)域的需求比較嚴(yán)苛，也是促使這些接口創(chuàng)建的推動力，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(tǒng)測試還可以通過幾種方式利用虛擬ECU測試的做法。
電機(jī)控制器及電池管理系統(tǒng)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(tǒng)還可以采用多個控制器，還可以在硬件在環(huán)環(huán)境中缺少相應(yīng)硬件的情況下對這些系統(tǒng)展開測試，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現(xiàn)提出了一個要求，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(biāo)準(zhǔn)的互操作性。 隔離器相關(guān)文章:隔離器原理
評論