读者投稿｜纯电动汽车动力电池管理系统五部曲终结篇：电池管理系统的开发与测试

终结篇电池管理系统的开发与测试

纯电动汽车的主要能量来源为动力电池系统，其性能直接影响整车的经济性、动力性和可靠性。电动汽车与传统燃油汽车最大的区别是用动力电池作为动力驱动，而作为衔接电池组、整车系统和电机的重要纽带，电池管理系统（BMS）的重要性不言而喻。完善的 BMS能够有效提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，并且延长电池的使用寿命，监控电池组及各电池单芯的运行状态，有效预防电池组自燃，实现突发事件预警，为保障安全赢得时间。

笔者在梳理电池管理系统开发过程中的关键技术，为动力电池管理系统设计，测试生产提供理论基础。计划分为5个篇章来整理电池管理系统的开发中关键技术，今天首先聊一下第四篇章电池管理系统的开发与测试。

图1.电池管理系统开发过程中的关键技术

前几章节我们依次谈了电池管理系统的开发流程，电池管理系统是将前电池和电子电器进行总成装配，是电池与用户之间的桥梁，主要是为了能够提高电池的利用率，延长电池的使用寿命。因此 BMS 系统的性能将直接影响到电动汽车整车的安全及可靠性实现电池各项功能。电池管理系统开发重要环节是对电池管理系统进行测试，目前硬件在环测试是一种高效的检测方式。

硬件在环测试是指把BMS控制系统真实信号与模拟现实的系统相连接，依次来实现实车的测试环境，开发人员可以模拟设计各种测试工况，进而实现对电池管理系统的采集精度，电池状态估计，均衡策略，CAN 通讯和故障诊断等功能进行全覆盖测试验证。而不需要安装在实车的测试工况下，这样可以实现大量的时间和成本的节约，提高BMS的开发效率。

图2.BMS HIL 仿真总体设计结构

BMS的功能分析

整个方案的被测试对象是电池管理系统，因此我们首先需要对电池管理系统的功能结构进行分析。BMS按照结构不同分为集中式和分布式两种。

图3.电池管理系统分类

对被测试对象功能分析是搭建硬件仿真平台重要前提，通过对BMS功能分析，进行分析系统接口归类，明确系统对外的接口，并且归类为模拟量输出输入信号，数字量输出输入信号，电阻的输出信号，CAN通讯信号等主要类型，在根据接口的数量配置HIL系统的硬件。

图4.电池管理系统主板从板功能

BMS_HIL测试系统总体方案设计

实时硬件在环仿真平台主要包含软、硬件两部分。硬件部分包括上位机、包含实时仿真机的HIL 系统以及被测BMS系统，软件部分包括操作系统、仿真软件、仿真模型。其中，BMS HIL测试系统由实时仿真机、电池模拟器、高压模拟箱、信号调理箱、故障注入箱、信号转接板等组成。

图5.硬件在环仿真系统开发公司

BMS_HIL硬件平台构建

测试平台的硬件主要包括上位机、实时仿真机、电池模拟器、信号辅助设备等。其中上位机实现仿真和试验的开发和监控等功能，是模型开发软件、仿真控制软件以及监控软件的运行平台，实时仿真机实现电池模型及车辆模型的实时计算，并通过通信模块将相应的指令及输出期望值发送给电池包模拟器，电池包模拟器模拟出各单体的输出，并回馈模拟结果发送给仿真机，同时仿真机可通过信号调理箱模拟车辆其他模块并和BMS 进行数据交互。

●实时仿真机

硬件在环系统中最关键的部分是实时仿真系统，BMS_HIL 最重要的功能是需要实时运行高精度的电池仿真模型及电动汽车中与电池相关其他模型，模拟BMS与整车接口的所有信号，根据工况变化改变电池状态数据并通过相应接口输出。

●单体电池模拟器

单体仿真需要模拟单体电池随工况的电压、温度、SOC 变化，且需要模拟各种故障，温度模拟通道可模拟电池温度变化过程，以热敏电阻输出的形式与 BMS 的温度监控模块相连。故障注入模块包括单体的故障模拟和温度采集的故障模拟，可模拟单体的短路、单体间开路、温度采样线开路、短路等故障。

●信号辅助设备

信号辅助设备包括信号调理箱、高压模拟箱、高压程控电源、故障注入箱、信号转接箱、低压程控电源等。

BMS_HIL软件模型设计

BMS_HIL软件模型设计分为三个过程：模型开发，离线仿真，仿真控制。