使用數字孿生實現電池管理系統 (BMS) 測試自動化

電池管理系統 (BMS) 監控和控制電動飛機和電動汽車等車輛中的電池。它需要在正常和極端條件下進行嚴格測試，以證明其質量和完整性。

使用模擬電池進行測試非常有益，因為可以快速、反復地安全地測試各種條件，而不會冒著寶貴硬件的風險。這種硬件在環測試簡化了質量保證并跟上了創新的步伐。

電池對于車輛的電氣化傳動系統或飛機和船舶的執行器至關重要，而 BMS 則是控制和監控電池組的關鍵部分。BMS 可確保電池安全運行、有效利用其容量并延長使用壽命。

BMS 用于汽車、飛機、儲能系統和消費電子產品等。它通常包括電池管理單元 (BMU)、電池監控單元 (CMU) 和配電單元 (PDU)。

電池管理單元是主控制器；它連接到電池監控和配電單元，監控整體充電狀態 (SOC) 以及電池電壓和電池溫度信息。電池監控單元與電池單元相連；這些模塊組成電池組 - 每個電池組都有一個 CMU 來調節各個電池的充電和放電、溫度和電壓。

配電單元連接到從電池組獲取電力或將電力反饋回的所有組件 - 例如，在電動汽車 (EV) 中，這可能是充電系統和電動機。

測試電池管理系統 (BMS)

嚴格的測試可確保 BMS 滿足其要求，例如在充電期間以方式在電池之間分配電流。BMS 在標稱范圍和極端情況下進行檢查，例如當電池過熱、信號故障或發生短路時。這樣，就可以測試 BMS 在這種情況下如何反應并確保正常運行。

測試 BMS 面臨各種挑戰，是一項復雜的任務。BMS 包含各種控制器，處理來自分布式傳感器的信號，并與動力傳動系統等眾多系統相連。測試所有功能、配置和狀態需要付出很多努力，而這在實際電池中幾乎無法實現。

隨著電池的老化，反復重現條件以測試關鍵算法（例如電池平衡和充電狀態或健康狀態 (SoH) 估計）也至關重要。此外，在開發過程中，不同的團隊通常負責各個組件，而他們的工程師并不總是可用。

電池、BMS 和基礎設施也在不斷發展，因此系統提供商必須跟上這一步伐，并迅速應對新要求。，使用真實硬件進行測試可能會很危險；在壞的情況下，電池可能會因過壓或極端溫度而爆炸。

使用數字孿生進行 BMS 測試

這些挑戰可以通過使用電池的數字孿生來解決。電池單元模擬器可以通過模擬電壓、電流水平和溫度來模擬電池的行為。它可以表示各種電池組架構并與標準測試框架無縫集成。

圖 2電池單元模擬器 (BCE) 通過模擬電壓、電流水平和溫度來模擬電池的行為。來源：Speedgoat GmbH

考慮到電池技術和化學性質、使用年限和工作溫度，電池單元模擬器可適應各種電池型號?？稍谡＿\行條件和故障條件下快速安全地進行測試。

與實際電池接口時使用相同的通信協議。使用數字孿生進行測試還有助于測試系統的其余部分，例如配電和充電組件、電機驅動器和燃料電池。

必須能夠在測試中重現相同的條件，以可靠地檢查控制器的行為。此外，靈活的測試基礎設施至關重要，它允許工程師在開發過程中不斷測試功能和變化以滿足新的要求。此外，測試許多場景（包括復雜性）對于實現完整的測試覆蓋至關重要。

測試用例通常在軟件中定義和跟蹤。自動化測試程序對于重復測試和有效比較結果非常重要。需求通常在 Simulink 的專用工具箱（例如 Simulink Test）或與 ASAM XIL 兼容的第三方軟件工具中進行管理。

數字化測試的優勢

為了測試 BMS 控制器及其與各種組件的交互，可以使用數字孿生模擬實際電池的行為。許多見解都是早期獲得的，使工程師能夠在更改仍然易于實施時調整設計和功能。此外，電池的數字孿生能夠適應快速變化的趨勢——它比硬件更靈活。它可以無縫配置以適應新條件。

此外，借助數字孿生，可以在組裝之前測試組件。這可以節省時間，并且可以在開發過程的早期發現復雜情況或設計錯誤，從而提高開發質量和速度。同樣，由于在早期階段而不是在開發后期進行更正，因此可以節省開發和測試成本。，在碰撞、電池故障或過壓等極端事件中，可以對 BMS 進行無風險測試。

因此，使用電池數字孿生進行測試非常適合測試和驗證電池管理系統并追求連續自動化工作流程的工程師。對用戶來說，一個有吸引力的特點是他們可以在一個軟件環境（Simulink）中執行所有測試。

電池模型是在 Simulink 中開發的。之后，可以使用同一模型在后臺使用硬件進行測試。靈活的測試基礎設施和工具箱可以根據定義的要求進行連續、自動化的測試。

圖 3所有自動化 BMS 測試均可在單一軟件環境 (Simulink) 中執行。來源：Speedgoat GmbH