通過對EV的精確仿真推進BMS測試

在電池技術(shù)創(chuàng)新和全球?qū)沙掷m(xù)交通不斷增長的需求的推動下，電動汽車 （EV） 行業(yè)正在以前所未有的速度擴張。電動汽車的核心是電池管理系統(tǒng) （BMS），這是確保電池安全性、可靠性和性能的關(guān)鍵組件。

隨著電動汽車采用率的擴大，測試和驗證 BMS 設(shè)計的復(fù)雜性也隨之增加。這就是由 xMove 平臺等高級工具實現(xiàn)的精確仿真正在徹底改變 BMS 測試格局的地方。

了解 BMS 在 EV 中的作用

BMS 負責監(jiān)控和管理 EV 的電池，以確保最佳性能和使用壽命。它可以保護電池組免受過度充電、過度放電、過熱和短路等危險。

該系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測和測量單個電池的電壓、電流和溫度，計算充電狀態(tài) （SOC） 和健康狀態(tài) （SOH） 等關(guān)鍵指標，并控制冷卻和加熱機制以保持安全的工作溫度。它還可以檢測故障并在必要時觸發(fā)適當?shù)陌踩珔f(xié)議。

最重要的是，BMS 執(zhí)行電池平衡以保持最佳電池效率。不平衡的電池會限制電池的容量和功率輸出，從而降低電池的整體效率。BMS 使用繼電器和開關(guān)來重定向電流并調(diào)整單個電池的電壓水平，從而確保整個電池組的統(tǒng)一性能。

鑒于其重要性，BMS 必須經(jīng)過嚴格的測試，以驗證其是否符合嚴格的性能和安全標準。然而，傳統(tǒng)的測試方法往往無法復(fù)制真實世界的條件并擴展以滿足現(xiàn)代電動汽車的需求。

BMS 測試的挑戰(zhàn)

BMS 測試涉及在各種情況下評估其功能，包括正常運行、邊緣情況和故障條件。主要挑戰(zhàn)之一是電池組的復(fù)雜性。EV 電池由數(shù)百個互連的電池單元組成，因此很難大規(guī)模模擬它們的行為。

在故障條件下（例如熱失控或過壓情況）進行測試可能會造成重大的安全隱患，使驗證過程進一步復(fù)雜化。此外，實際作條件（例如溫度變化和負載波動）很難在實驗室環(huán)境中一致地復(fù)制。物理原型制作和測試可能既耗時又昂貴，會延遲產(chǎn)品開發(fā)并大大增加流程成本。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，工程師們正在轉(zhuǎn)向先進的仿真平臺，以前所未有的精度復(fù)制真實世界的條件。

BMS 仿真

BMS 仿真涉及使用硬件和軟件工具來模擬電池組的行為及其環(huán)境。與依賴物理電池組的傳統(tǒng)方法不同，仿真平臺可以創(chuàng)建可以模擬電池運行各個方面的虛擬測試環(huán)境。這些平臺可以模擬電壓和電流波動，復(fù)制整個電池組的熱梯度，并測試 BMS 與其他車輛系統(tǒng)（例如，熱管理系統(tǒng)和電機控制器）之間的通信。

仿真具有多種優(yōu)勢，包括增強的安全性、靈活性和成本效益。它使工程師能夠測試使用物理電池風險太大或不切實際的場景，從而減少對昂貴原型的依賴并最大限度地降低安全風險。

xMove 平臺：BMS 測試的新時代

一種用于 BMS 仿真的高級工具是 xMove 平臺，該平臺可與其他硬件和軟件產(chǎn)品配合使用，以提供準確、實時的仿真。該平臺支持單元監(jiān)控單元 （CMU） 仿真和混合仿真模式，支持對 BMS 設(shè)計進行全面測試。憑借其可擴展的架構(gòu)，xMove 可以模擬從幾節(jié)電池到 216 節(jié)電池的電池組，適用于從電動自行車到商用車的所有類型的電動汽車。

該平臺提供有關(guān) BMS 響應(yīng)的實時反饋，使工程師能夠微調(diào)算法和設(shè)置。它還包括故障注入功能，使工程師能夠引入短路、開路和極性反轉(zhuǎn)等故障，以驗證 BMS 的安全機制。該軟件能夠處理電池模型、文件播放、測試自動化工具及其模塊化硬件系統(tǒng)，確保與各種 BMS 設(shè)計兼容，支持各種通信協(xié)議和配置。

CMU 仿真：模擬真實世界條件

模擬 CMU 是 BMS 測試的另一種方法。CMU 負責測量和報告電池電壓、電流和溫度。CMU 和 BMS 通過 iso-SPI 協(xié)議傳輸電池電壓、電流和溫度信息。FPGA 有助于仿真包含目標電壓、電流和溫度信息的 CMU iso-SPI 協(xié)議。因此，工程師無需進行實際電壓仿真，從而減少仿真的通道數(shù)量。

此功能最大限度地減少了測試所需的硬件，有效地降低了總體成本，并且由于它是數(shù)字協(xié)議，因此提高了可重復(fù)性。工程師可以專注于單個組件，而不是仿真整個電池系統(tǒng)，從而提高效率和靈活性。在測試系統(tǒng)中實施仿真時，必須評估使用哪種芯片以確保與被測 BMS 的兼容性。

BMS 測試中仿真的好處

精確仿真通過解決傳統(tǒng)方法的局限性，正在改變 BMS 測試。將電池加熱到所需的溫度進行測試需要時間、消耗能源并存在潛在危險。同樣，對電池充電和放電以備測試可能需要一整天才能達到所需狀態(tài)。

仿真消除了這些低效率，使工程師能夠快速安全地仿真充電和放電循環(huán)。電池化學(xué)也得到了發(fā)展，固態(tài)、磷酸鐵鋰 （LFP） 和氟化物基電池等新型電池越來越受歡迎。這些進步影響了測試策略，尤其是與 SOC 曲線相關(guān)的策略。

一些新的化學(xué)成分表現(xiàn)出非常平坦的 SOC 曲線，這意味著電池電壓的微小變化會顯著影響 SOC 讀數(shù)。仿真器必須比以往任何時候都更加精確，以適應(yīng)這些變化并提供準確的測試結(jié)果。

BMS 測試和 EV 可擴展性的未來

隨著電動汽車行業(yè)的發(fā)展，對強大且可擴展的 BMS 測試解決方案的需求只會增長。xMove 等仿真平臺為更高的可靠性鋪平了道路，確保 BMS 設(shè)計滿足最高的安全和性能標準。這些平臺還支持創(chuàng)新功能的開發(fā)，例如預(yù)測性維護和自適應(yīng)熱管理。

通過實現(xiàn)全面測試，仿真可幫助制造商創(chuàng)建更智能、更能響應(yīng)動態(tài)作條件的 BMS 解決方案。

通過高精度仿真實現(xiàn)更好的 BMS 測試

電池管理系統(tǒng)是 EV 性能、安全性和效率的基石。精確仿真正在重新定義 BMS 測試的執(zhí)行方式，為工程師提供強大的工具來應(yīng)對擴展 EV 技術(shù)的挑戰(zhàn)。

像 xMove 這樣的模塊化軟件連接平臺體現(xiàn)了這種方法的潛力，它結(jié)合了精度、靈活性和可擴展性，以推動電動汽車行業(yè)的創(chuàng)新。隨著仿真技術(shù)的不斷進步，它將在加速向可持續(xù)的電氣化未來過渡方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。