電力傳動(dòng)及電池管理系統(tǒng)驗(yàn)證

系統(tǒng)復(fù)雜性的不斷增加為軟件設(shè)計(jì)及ECU系統(tǒng)的驗(yàn)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(yàn)證方法和流程。

目前，許多不同的交通工具平臺(tái)都采用了混合動(dòng)力及電力傳動(dòng)（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(tái)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(jì)及ECU系統(tǒng)的驗(yàn)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(yàn)證方法和流程。

這些仿真及測(cè)試工具及流程需要能夠在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的不同階段為基于模型的設(shè)計(jì)（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(jì)流程要能夠利用整個(gè)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(dòng)及電池管理控制系統(tǒng)的驗(yàn)證。該驗(yàn)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)及混合動(dòng)力系統(tǒng)有強(qiáng)制性的先進(jìn)控制方式，將其與現(xiàn)代動(dòng)力總成技術(shù)及領(lǐng)先的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)合起來。

電池管理系統(tǒng)（BMS）在這些系統(tǒng)中扮演不可或缺的角色，因其負(fù)責(zé)控制能量的存儲(chǔ)及確保電動(dòng)汽車及混合動(dòng)力汽車的經(jīng)濟(jì)性和安全性。電機(jī)控制器技術(shù)在零件、集成開發(fā)及測(cè)試系統(tǒng)方面也提出了新的要求，因?yàn)殡姍C(jī)的仿真需要更高水平的計(jì)算能力及精確度，這樣才能獲得更加準(zhǔn)確的閉環(huán)仿真結(jié)果。

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(cè)試及開發(fā)的復(fù)雜性。

不過，電力傳動(dòng)系統(tǒng)ECU測(cè)試需要具體的硬件，視測(cè)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(dòng)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(dòng)應(yīng)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(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(dòng)態(tài)效應(yīng)，可以形成封閉環(huán)路。信號(hào)測(cè)量所需的時(shí)間分辨率在低于微妙的范圍內(nèi)，而且這些測(cè)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(qū)時(shí)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(duì)反電勢(shì)仿真采用針對(duì)性的接口，以確保適當(dāng)?shù)臏y(cè)試功能。

電池單元仿真測(cè)試是驗(yàn)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(shí)候需要將這些特性考慮進(jìn)去。對(duì)多個(gè)電池單元在維持同步更新頻率的情況下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真，加上還要對(duì)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(shí)現(xiàn)電機(jī)的仿真，模型須能夠在合適的精度下實(shí)時(shí)運(yùn)行，這樣可以在信號(hào)級(jí)及功率級(jí)方式下進(jìn)行測(cè)試，具體采用哪種方式則視需要被測(cè)試系統(tǒng)的類型來定。這種類型的仿真及測(cè)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(cè)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(duì)電池的平衡機(jī)制進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)提供合適的高壓及ECU通信接口。這些系統(tǒng)的實(shí)時(shí)計(jì)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(yàn)證的系統(tǒng)，可以確保計(jì)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(huì)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(cè)試硬件接口及實(shí)時(shí)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(yàn)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(dòng)力，因?yàn)閷?duì)安全的考慮及對(duì)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(cè)試成為必不可少的一步。

這些系統(tǒng)測(cè)試還可以通過幾種方式利用虛擬ECU測(cè)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(cè)試，通過這種方式制定的測(cè)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(gè)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(duì)這些系統(tǒng)展開測(cè)試，在這種情況下，缺失的ECU的核心軟件以虛擬ECU的方式運(yùn)行。

這些特性和功能的實(shí)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)的互操作性。 隔離器相關(guān)文章:隔離器原理