基于NI平臺(tái)的BMS電池管理系統(tǒng)HIL測(cè)試

“我們選擇NI軟硬件開發(fā)系統(tǒng)來縮短系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間、保證系統(tǒng)可靠性、簡(jiǎn)化自動(dòng)化測(cè)試方案的實(shí)施以及維護(hù)和維修。”

用高壓電池的模型、仿真的高電壓電流傳感器和溫度傳感器以及仿真的高電壓電池故障，為電池管理系統(tǒng)(BMS)的ECU創(chuàng)建一個(gè)用于質(zhì)量診斷的硬件在環(huán)系統(tǒng)。

我們使用HIL系統(tǒng)來測(cè)試我們復(fù)雜的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。這項(xiàng)技術(shù)能提供一個(gè)平臺(tái)，有效地檢查需要?jiǎng)討B(tài)模型的測(cè)試主機(jī)的控制狀態(tài)。

系統(tǒng)概述

我們使用BMS HIL系統(tǒng)來測(cè)試用于電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車的高壓電池，以評(píng)估BMS的控制邏輯和故障診斷功能。我們使用Simulink創(chuàng)建了一個(gè)電池模型，然后利用LabVIEW仿真接口工具包將電池模型應(yīng)用到開發(fā)平臺(tái)。我們也使用NI PXI系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)高效及可靠的運(yùn)行。

該BMS HIL系統(tǒng)能在各種測(cè)試案例中完成質(zhì)量診斷。通過編寫自動(dòng)測(cè)試方案，我們針對(duì)電池系統(tǒng)重現(xiàn)了所有可能的測(cè)試案例，并使用NI TestStand來組織和管理各個(gè)案例方案。

我們使用LabVIEW實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速部署，使用NI PXI快速產(chǎn)生和采集信號(hào)，精確重現(xiàn)電池組電壓的變化，包括BMS中的電流和溫度變化。

另外，通過使用NI TestStand，我們利用BMS性能評(píng)估測(cè)試實(shí)例來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化的自動(dòng)測(cè)試方案。

使用NI產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)

我們選擇NI軟硬件開發(fā)平臺(tái)來縮短系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間、保證系統(tǒng)可靠性、精簡(jiǎn)自動(dòng)化測(cè)試方案的實(shí)施，簡(jiǎn)化系統(tǒng)維護(hù)和維修過程。同時(shí)，NI產(chǎn)品也跟Simulink兼容。

系統(tǒng)硬件配置

BMS HIL系統(tǒng)硬件包括安裝LabVIEW并控制整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、采集和提供信號(hào)輸出的實(shí)時(shí)NI PXI硬件平臺(tái)、模仿電池組的電池組電壓生成器和一組信號(hào)調(diào)理單元。另外，系統(tǒng)還包括模擬各種測(cè)試錯(cuò)誤的故障注入模塊、為BMS ECU供電的電源和連接HIL仿真系統(tǒng)和ECU的接口箱等。

圖1：BMS HIL硬件在環(huán)系統(tǒng)硬件配置

系統(tǒng)軟件配置

BMS HIL系統(tǒng)軟件主要分成兩個(gè)不同的子系統(tǒng)。我們利用第一個(gè)子系統(tǒng)手動(dòng)地生成錯(cuò)誤和多種配置來檢查ECU性能;另外一個(gè)是自動(dòng)系統(tǒng)，使用NI TestStand預(yù)先設(shè)定各種錯(cuò)誤，然后自動(dòng)檢查ECU性能。

圖2：BMS系統(tǒng)信號(hào)流程圖

圖3：BMS HIL仿真系統(tǒng)軟件配置圖

當(dāng)主計(jì)算機(jī)接收到用戶發(fā)出的控制指令請(qǐng)求時(shí)，PXI實(shí)時(shí)控制器指定實(shí)時(shí)信號(hào)采集或輸出的規(guī)則。借助現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)實(shí)時(shí)完成指定的任務(wù)。

圖4 BMS HIL系統(tǒng)用戶界面配置

圖5 應(yīng)用LabVIEW仿真接口工具包的電池模型

電池槽電壓、電池溫度和從電池模型中產(chǎn)生的電池組電流，均可利用FPGA來仿真實(shí)現(xiàn)。因?yàn)镕PGA能夠提供高速的性能，我們能提高從每個(gè)電池組生成的電流的反應(yīng)速度。

圖6 使用FPGA生成源自電池模型的電池槽電壓輸出

測(cè)試方案實(shí)施

通過使用NI TestStand(見圖7)，我們能依次布置各種發(fā)生于電池系統(tǒng)的錯(cuò)誤情況和相應(yīng)的配置，從而簡(jiǎn)化自動(dòng)測(cè)試方案。

圖7：使用FPGA生成指定溫度和電流輸出

圖8 應(yīng)用NI TestStand執(zhí)行自動(dòng)測(cè)試方案

結(jié)論

使用我們的BMS HIL硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)可以減少電動(dòng)車或混合動(dòng)力車電池測(cè)試相關(guān)的費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)也提供測(cè)試環(huán)境，包括電池槽電壓、電流和溫度，這些很難共同設(shè)置。另外，應(yīng)用NI產(chǎn)品可以提高硬件可靠性并減少系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間。

通過應(yīng)用LabVIEW和LabVIEW仿真接口工具包，我們快速實(shí)現(xiàn)了用戶界面和使用了Simulink中的應(yīng)用電池模型。通過NI TestStand，我們能配置許多測(cè)試案例，從而得出具有可讀性的BMS性能評(píng)估和簡(jiǎn)化的自動(dòng)測(cè)試方案。