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BMS MiL解決方案

SOC估算是新能源汽車鋰電池BMS算法的核心內容,目前主流的趨勢都是以電池單體模型為基礎進行算法開發。基于BMS精度要求的不同,電池單體模型的復雜程度也是不同的。現在的SOC的正常工作范圍通常在10%~90%之間,而且SOC隨環境因素及輸入電流也變化,這樣在進行BMS測試時,需要設定大量的測試用例。從MiL到SiL到HiL,需要這些測試用例都能復用。

德國PikeTec公司的嵌入式系統測試工具TPT基于模型開發,可實現測試用例復用,它從執行到生成測試報告實現自動化,可在測試中或測試后對測試數據進行評估,適用于對新能源車輛鋰電池的閉環控制系統模型測試。作為德國PikeTec公司的合作伙伴,北匯信息將為中國汽車客戶提供全方位的支持和高效的測試解決方案。

為什么選擇用TPT測試BMS?

德國PikeTec公司提供的嵌入式系統測試工具TPT由于首創地使用分時段測試(Time Partition Testing),使得控制系統的軟件測試技術得以極大提升;同時由于TPT軟件支持眾多業內主流的工具平臺和測試環境,實現各種異構環境下的自動化測試;針對MATLAB/Simulink/Stateflow以及TargetLink,TPT提供了全方位的支持進行模型測試:

  • 系統化的方法以一種可讀的和可維護的格式來描述測試用例

  • 帶電池模型的閉環測試

  • 反應測試(加載、卸載直到不同的SOC、電流限值、電壓限值)

  • 長期測試(持續多天的電池壓力的模擬)

  • 老化測試

  • 系統化的測試評估和基于檢查規則的持續觀測

  • 測試用例在MiL, SiL, HiL中重復利用

  • 評估試驗臺數據

  • 在硬件電路開發完成之前進行測試

  • 已在各個不同的OEM使用多年

TPT針對Simulink模型測試過程

鋰電池通常采用等效電路模型,目前常用的是一階或二階RC模型。這樣就可以通過Simulink進行建模,TPT就可以在Simulink 平臺上設計測試用例。

在使用TPT進行測試時,TPT可以自動分析加載被測模型,自動導入模型接口參數,可以在TPT中直接對接口參數進行修改,然后自動生成測試框架,完成整個配置過程。

TPT提供多種高效建模方式,用戶可以在TPT中快速搭建測試用例或者導入外部測試數據生成測試用例來激勵被測模型,然后對測試結果進行評估,最后生成測試報告。整個測試過程的測試信息都可以在測試報告中查閱。

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TPT可以通過手動搭建和自動化生成測試用例,并且可以導入模型參數,自動搭建測試框架,實現閉環動態測試。TPT采用圖形化的測試用例設計(如下圖所示),在測試電池模型SOC時,首先設定電池的工作環境,然后分別在充電和放電的情況下動態觀測電池的SOC。

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針對BMS的模塊測試

模塊:SOC、SOH、電壓監測和均衡、溫度監測、工作策略、電流限值、電壓限值。

測試環境:帶電池模型的閉環測試

  • 閉環測試

  • 電池模型的故障檢測

  • MiL與 SiL的背靠背測試

電池單體的測試

主要測試內容有:

  • 測試單體輸出電壓的閾值

  • 測試單體控制電流的閾值

  • 不同負載情況下單體SOC的響應

  • 不同負載情況下,單體電壓的輸出

  • 單體SOC的初始值

  • 測試單體SOC 隨OCV的變化(充放電曲線)

  • 測試單體SOC隨溫度的變化

  • 單體老化測試

  • 故障注入

  • SOH

  • 容量Capacity

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集成測試

大量單體以串并聯的方式可以滿足車輛大功率和高能量的需求,隨著電池成組的應用,各單體間的不一致性也隨之產生,均衡技術也就應運而生,而對成組后的電池的測試也顯得尤為重要。主要測試內容有:

  • BMS檢測電池在充電荷主動均衡下可以達到的最大電壓值

  • 在沒有注入故障的情況下,連續充電對均衡的影響

  • 在充電結束時所有單體的SOC是否一致

  • 在充電技術時所有的單體輸出電壓是否一致

  • 均衡電流的范圍

  • 成組后電壓的輸出是否滿足需求

  • 測試多個具有不同充電狀態和容量的電池單體之間的均衡過程

  • SOH的計算是否隨著電池的老化更新

  • 存在短板的單體是否可以檢測出來

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軟件集成測試

  • 包括電池模型的測試環境

  • 包括溫度、電流、電壓影響的閉環測試

  • 針對長時間內電流很小的測試,對SOC估算進行挑戰

  • 針對不同SOC初始值的測試

  • 針對快充電流的測試

  • 針對電池單體的不同老化的測試

  • 針對短期或長期的可用電力的測試

  • 通過快速充電或放電進行電池壓力測試

  • 均衡測試

  • 整個BMS可以在模擬的實車條件下進行測試

  • 測試結果的評估

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測試用例開發方法

  • 基于需求的測試

  • 故障預測(可能會出現什么問題)

  • 等價類覆蓋,可減少測試數量

  • 邊界值測試

測試結果的評估

用戶在使用TPT測試模型時,可以仿真電池的充放電過程以豐富電池的激勵,而客戶通常情況下不能斷定設計的測試用例和評估標準是否合理。采用TPT可以檢測所有的測試結果,比如電池在老化的條件下基于模型估計的SOC是否準確、輸出電壓及其容量是否更新。