电力传动及电池管理系统验证

一线天

　　系统复杂性的不断增加为软件设计及ECU系统的验证带来了新的挑战，这就要求仿真工具不仅可以处理这种复杂性，还能够提供具有成本效益且得到行业认可的验证方法和流程。
　　目前，许多不同的交通工具平台都采用了混合动力及电力传动（e-drive）控制系统，比如飞机、乘用车及商用车。这些系统需要采用电池管理系统（BMS）及其他一些系统，来处理系统在电力方面的需求。
　　不过，这些技术的发展增加了系统的复杂性，在平台多样性方面表现得比较明显，而在不同电子控制单元（ECU）的控制算法方面尤甚。
　　系统复杂性的不断增加为软件设计及ECU系统的验证带来了新的挑战，这就要求仿真工具不仅可以处理这种复杂性，还能够提供具有成本效益且得到行业认可的验证方法和流程。
　　这些仿真及测试工具及流程需要能够在整个设计过程的不同阶段为基于模型的设计（MBD）提供足够的支持，从控制概念仿真到最终目标系统的确定。采用模型在环（MIL）、软件在环（SIL）及硬件在环（HIL）方式的MBD设计流程要能够利用整个流程中采用的各种工具带来的协同效应。
　　硬件在环仿真常常用于电力传动及电池管理控制系统的验证。该验证流程涉及具体的模型处理及实时接口的实施技巧，此外还有关键的功率接口及电气硬件功能性。
　　电力驱动系统及混合动力系统有强制性的先进控制方式，将其与现代动力总成技术及领先的能量存储系统结合起来。
　　

　　电池管理系统（BMS）在这些系统中扮演不可或缺的角色，因其负责控制能量的存储及确保电动汽车及混合动力汽车的经济性和安全性。电机控制器技术在零件、集成开发及测试系统方面也提出了新的要求，因为电机的仿真需要更高水平的计算能力及精确度，这样才能获得更加准确的闭环仿真结果。
　　这些系统也倾向于采用分布式ECU，而这更进一步增加了集成测试及开发的复杂性。
　　不过，电力传动系统ECU测试需要具体的硬件，视测试接口而定。电池管理系统也需要具体的硬件和建模方式，主要视能量控制ECU内部的零件分布而定。
　　电力传动系统采用电机速度及电流来形成环路，因此这些接口和功率负荷的详细参数必须考虑在内。电力传动应用中的这些控制环路需要高速实时的动态响应，这就需要采用更高仿真度的模型，而且具备稳定的控制动态效应，可以形成封闭环路。信号测量所需的时间分辨率在低于微妙的范围内，而且这些测量必须适用于电力电子模型――在该模型中，交换延时和死区时间现象可以得到有效解决。
　　此外，不同的应用，比如无传感器BLDC电机就需要针对反电势仿真采用针对性的接口，以确保适当的测试功能。
　　电池单元仿真测试是验证不同电池单元间或电池堆子系统间平衡性控制策略的关键。不同的电池类型也在这些电池管理系统的监控范围内（锂离子、镍氢、铅酸等），因此模型在建立的时候需要将这些特性考虑进去。对多个电池单元在维持同步更新频率的情况下实现实时仿真，加上还要对相关温度传感器的仿真，这之中有很多的限制。
　　电池单元一般采用串联的方式连接在一起，因此许多电池单元或电池子系统都具有较高的地电位，需要采用合适的绝缘方式来解决。这种电池单元仿真的最主要要求是较高的电压解析度准确度（mV范围），且电压漂移低。
　　要实现电机的仿真，模型须能够在合适的精度下实时运行，这样可以在信号级及功率级方式下进行测试，具体采用哪种方式则视需要被测试系统的类型来定。这种类型的仿真及测试有多种选择，主要依据电机及电力电子的特性来确定。
　　在电池管理系统ECU的测试中，需要采用高精度硬件进行电池单元的仿真，此外还需要具备所需的功能性，这样才能对电池的平衡机制进行测试，同时提供合适的高压及ECU通信接口。这些系统的实时计算也具有非常严苛的要求，无论是高速电机负荷仿真还是具有多电池单元的电池堆仿真。这就需要采用经过验证的系统，可以确保计算机接口的功能性。
　　此外，这些系统的安全要求也非常重要，尤其考虑到高压及高电流很可能会出现在逆变器电机接口及电池堆内的情况。
　　还有一些应用可能需要采用特殊的测试硬件接口及实时模型控制，这样才能够对系统性能或监控管理状况进行充分的验证。
　　汽车、航空及商用车领域的需求比较严苛，也是促使这些接口创建的推动力，因为对安全的考虑及对昂贵硬件的潜在破坏性也使得在任何真正硬件集成前首先进行功能性测试成为必不可少的一步。
　　这些系统测试还可以通过几种方式利用虚拟ECU测试的做法。
　　电机控制器及电池管理系统单元的核心软件可以采用模型在环及软件在环的方式进行测试，通过这种方式制定的测试方案也可以用于硬件在环环境中。这些控制系统还可以采用多个控制器，还可以在硬件在环环境中缺少相应硬件的情况下对这些系统展开测试，在这种情况下，缺失的ECU的核心软件以虚拟ECU的方式运行。
　　这些特性和功能的实现提出了一个要求，即需要在工具、虚拟ECU和硬件在环环境之间需要形成一种标准的互操作性。(end)