一、發(fā)展背景
電池作為常見的儲能設(shè)備，正在隨著能源問題的日趨緊迫而被越來越多地研究和重視。在電力領(lǐng)域，它是新能源能夠取代日益枯竭的化石能源并成功進行大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵支柱；在汽車領(lǐng)域，它是電動車輛能夠取代內(nèi)燃機車輛所需解決的核心技術(shù)；在船舶、航空、其他領(lǐng)域等全電化發(fā)展的各個行業(yè)，電池技術(shù)已經(jīng)日益成為各領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵。
電池技術(shù)日新月異發(fā)展的同時，電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，簡稱BMS)的技術(shù)也面臨著新的挑戰(zhàn)。單體電池的能量密度、使用壽命等都得到了飛躍式發(fā)展，也對電池管理系統(tǒng)提出了更高的要求，大量單體的監(jiān)控和管理、單體的均衡管理、電池組熱管理、性能控制、安全控制、與充電設(shè)備和耗電設(shè)備的匹配技術(shù)等，都在給電池管理系統(tǒng)的功能及性能帶來挑戰(zhàn)。
二、測試方案的目的與意義
BMS系統(tǒng)解決方案可以涵蓋從BMS設(shè)計、開發(fā)和測試驗證的整個流程，能夠在設(shè)計和開發(fā)階段提供BMS功能的快速原型實現(xiàn)，極大地提高了開發(fā)效率和縮短了產(chǎn)品周期，同時也在測試和驗證階段提供BMS的系統(tǒng)化測試，有效地保證了產(chǎn)品功能完備性和性能穩(wěn)定性，并提高了測試的自動化程度，大幅縮減研發(fā)人力和時間成本。
三、面臨的挑戰(zhàn)
電池管理系統(tǒng)作為電池系統(tǒng)安全控制和性能優(yōu)化的關(guān)鍵因素，其產(chǎn)品的研發(fā)和驗證過程都需要經(jīng)過系統(tǒng)的測試，以保證其功能完備、性能穩(wěn)定。電池管理系統(tǒng)的測試主要面臨以下幾個挑戰(zhàn)：
■ 需要實時模擬電池單體工作的真實變化狀態(tài)
■ 需要實時模擬電池不一致的情況以驗證均衡功能
■ 需要實時模擬電池快速充放電、過壓、欠壓等情況以驗證極限情況功能
■ 需要實時模擬電池各類故障（如短路、老化等）以驗證故障檢測和處理功能
■ 需要實時模擬電池組溫度變化以驗證熱管理功能
■ 需要實時模擬其他系統(tǒng)的工作情況并與BMS進行交互
■ 需要快速調(diào)整電池的SOC等狀態(tài)以進行多項試驗
■ 需要試驗設(shè)備能夠同步測量真實值以驗證BMS結(jié)果正確性
■ 需要便捷地實現(xiàn)重復(fù)性試驗以應(yīng)對多個BMS測量
■ 需要試驗設(shè)備靈活可配置以測試不同類型的BMS和電池
四、方案提出
為了系統(tǒng)化測試BMS的各項功能，采用真實電池組進行試驗的方法，不僅會造成電池大量浪費，其不便捷的試驗過程也造成人員和時間的大量浪費，而且，采用真實電池?zé)o法創(chuàng)造情況進行測試，也無法做到系統(tǒng)化測試和和批量測試，種種弊端說明采用真實電池組進行BMS系統(tǒng)化測試的方式不可取。
針對BMS測試的以上難題，美國Wisdom提出了采用電池模擬代替真實電池的BMS系統(tǒng)解決方案。該方案的核心思想在于，以高精度單體電壓模擬模塊和實時電池模型相結(jié)合的方式，模擬電池的各類工況，并以其他輔助設(shè)備模擬其他系統(tǒng)模塊，為BMS創(chuàng)造一個極為真實的試驗環(huán)境，從而實現(xiàn)完整有效的BMS系統(tǒng)級測試。
五、方案解決詳情
•方案設(shè)計原理
Wisdom提供的電池管理測試系統(tǒng)通過模擬電池單體輸出，從而測試電池管理系統(tǒng)底層控制單元功能，實現(xiàn)CSC/ LECU（ BCM ）的測試。通過上位機實現(xiàn)仿真和試驗的開發(fā)和監(jiān)控等功能，是模型開發(fā)軟件、仿真控制軟件以及監(jiān)控軟件的運行平臺，仿真機實現(xiàn)電池模型及車輛模型的實時計算，并通過通信模塊將相應(yīng)的指令及輸出期望值發(fā)送給電池包模擬器，電池包模擬器模擬出各單體的輸出，并回饋模擬結(jié)果發(fā)送給仿真機，同時仿真機可模擬車輛其他模塊并和BMS進行數(shù)據(jù)交互。
Wisdom電池管理測試系統(tǒng)有：高精度電壓模擬模塊、高精度恒流源、高精度高壓恒壓源、高精度溫度采集模塊、高精度高低溫箱、控制電腦、CAN總線分析儀、開關(guān)量參數(shù)模擬模塊、絕緣電阻精度測試模塊、BMS供電電源、絕緣電阻測試儀、絕緣耐壓測試儀 、操作臺、通訊模塊等組成
1.單體電壓模擬功能，可以模擬60節(jié)電池串聯(lián)的電池組電壓，每節(jié)電池的電壓可以在0-5V 內(nèi)調(diào)整，電壓的分辨率為0.1mV 可以用于測試BMS電池管理系統(tǒng)電壓檢測精度和對于電池電壓高和低的反應(yīng)，電源的每個通道可以吸收和提供0- 的電流，可以用于檢測BMS的電池均衡功能。模擬模塊可以顯示每個通道的電壓和電流，可以和被測BMS的測試數(shù)據(jù)進行比較，得出BMS電壓檢測精度、電壓異常反應(yīng)、均衡功能。
2.高精度恒流源，可以模擬0-500A 的電流，分辨率為0.01A ，可以用于檢測BMS電流檢測的精度，也可以模擬電池組的充放電曲線，和系統(tǒng)配套實現(xiàn)對BMS的SOC估算功能的驗證。
3.高精度高壓恒壓源，可以模擬0-1000V 電池組的電壓，可以用于檢測BMS總電壓檢測功能。
4.高精度高低溫環(huán)境實驗?zāi)M箱和高精度溫度采集模塊配合，實現(xiàn)對BMS 溫度檢測精度的檢測和BMS對溫度過高和過低的反應(yīng)。
5.通道切換箱，實時檢測BMS對于各種工作狀態(tài)的報警控制情況，檢測BMS開關(guān)控制能力和負(fù)荷能力。
6.CAN總線分析儀，通過該接口和BMS對接，通過軟件模擬充電機和車輛管理器和BMS進行通訊，測試BMS 的通訊能力，以及和充電機握手、充電參數(shù)配置、充電過程控制的性能，以及和車輛控制器信息通訊控制的能力。同時記錄通訊過程，測試BMS 的通訊誤碼率。
7.絕緣電阻精度模塊 和電池組總電壓模擬電源配套，模擬真實電池組正負(fù)極對機殼絕緣電阻值，通過改變電阻值，測試BMS絕緣電阻的測試精度和系統(tǒng)絕緣改變時BMS 的相應(yīng)。