基于 NI 平台的 BMS 电池管理系统 HIL 测试

作者：Sung-Up Hwang, ControlWorks
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“我们选择NI软硬件开发系统来缩短系统开发时间、保证系统可靠性、简化自动化测试方案的实施以及维护和维修。”

用高压电池的模型、仿真的高电压电流传感器和温度传感器以及仿真的高电压电池故障，为电池管理系统（BMS）的ECU创建一个用于质量诊断的硬件在环系统。

我们使用HIL系统来测试我们复杂的实时系统。这项技术能提供一个平台，有效地检查需要动态模型的测试主机的控制状态。

系统概述

我们使用BMS HIL系统来测试用于电动或混合动力汽车的高压电池，以评估BMS的控制逻辑和故障诊断功能。我们使用Simulink创建了一个电池模型，然后利用LabVIEW仿真接口工具包将电池模型应用到开发平台。我们也使用NI PXI系统，以确保系统高效及可靠的运行。

该BMS HIL系统能在各种测试案例中完成质量诊断。通过编写自动测试方案，我们针对电池系统重现了所有可能的测试案例，并使用NI TestStand来组织和管理各个案例方案。

我们使用LabVIEW实现系统的快速部署，使用NI PXI快速产生和采集信号，精确重现电池组电压的变化，包括BMS中的电流和温度变化。

另外，通过使用NI TestStand，我们利用BMS性能评估测试实例来实现简化的自动测试方案。

使用NI产品的优势

我们选择NI软硬件开发平台来缩短系统开发时间、保证系统可靠性、精简自动化测试方案的实施，简化系统维护和维修过程。同时，NI产品也跟Simulink兼容。

系统硬件配置

BMS HIL系统硬件包括安装LabVIEW并控制整个系统的计算机、采集和提供信号输出的实时NI PXI硬件平台、模仿电池组的电池组电压生成器和一组信号调理单元。另外，系统还包括模拟各种测试错误的故障注入模块、为BMS ECU供电的电源和连接HIL仿真系统和ECU的接口箱等。


图1：BMS HIL硬件在环系统硬件配置

系统软件配置

BMS HIL系统软件主要分成两个不同的子系统。我们利用第一个子系统手动地生成错误和多种配置来检查ECU性能；另外一个是自动系统，使用NI TestStand预先设定各种错误，然后自动检查ECU性能。


图2：BMS系统信号流程图


图3：BMS HIL仿真系统软件配置图

当主计算机接收到用户发出的控制指令请求时，PXI实时控制器指定实时信号采集或输出的规则。借助现场可编程门阵列（FPGA）实时完成指定的任务。


图4 BMS HIL系统用户界面配置


图5 应用LabVIEW仿真接口工具包的电池模型

电池槽电压、电池温度和从电池模型中产生的电池组电流，均可利用FPGA来仿真实现。因为FPGA能够提供高速的性能，我们能提高从每个电池组生成的电流的反应速度。


图6 使用FPGA生成源自电池模型的电池槽电压输出

测试方案实施

通过使用NI TestStand（见图7），我们能依次布置各种发生于电池系统的错误情况和相应的配置，从而简化自动测试方案。


图7：使用FPGA生成指定温度和电流输出


图8 应用NI TestStand执行自动测试方案

结论

使用我们的BMS HIL硬件在环测试系统可以减少电动车或混合动力车电池测试相关的费用和风险。该系统也提供测试环境，包括电池槽电压、电流和温度，这些很难共同设置。另外，应用NI产品可以提高硬件可靠性并减少系统开发时间。

通过应用LabVIEW和LabVIEW仿真接口工具包，我们快速实现了用户界面和使用了Simulink中的应用电池模型。通过NI TestStand，我们能配置许多测试案例，从而得出具有可读性的BMS性能评估和简化的自动测试方案。