Заряженные электромобили | Путь к масштабируемому тестированию BMS
При поддержке dSPACE.
Системы управления аккумуляторами (BMS) выходят за рамки электромобилей большого объема. Теперь они приводят в действие легкие электромобили, автоматизированные транспортные средства, мобильные роботы, вилочные погрузчики, дроны, электроинструменты, стационарные хранилища и другие приложения. Общая проблема заключается в том, что даже небольшой аккумуляторный блок по-прежнему нуждается в надежной системе управления батареями, и что BMS необходимо протестировать в реалистичных, повторяемых и безопасных условиях, прежде чем ей можно будет доверять в полевых условиях.
На этом разнообразном рынке BMS команды теперь работают с системами низкого и среднего напряжения, меньшими блоками, более жесткими графиками и меньшим количеством преданных инженеров-испытателей. Им не всегда нужна полностью настраиваемая крупномасштабная система BMS Hardware-In-the-Loop (HIL) с первого же дня. Им нужна надежная отправная точка, которая будет компактной, экономически эффективной, быстрой в реализации и при этом построенной на пути, который можно масштабировать.
dSPACE предоставляет решения для моделирования и проверки для разработки подключенных, автономных и электрических систем. В области аккумуляторов это включает моделирование в реальном времени, эмуляцию напряжения элементов, моделирование датчиков температуры, интерфейсы связи, автоматизацию испытаний и модели аккумуляторов в масштабируемых средах HIL. Цель состоит в том, чтобы протестировать BMS в реальной аккумуляторной среде, не прибегая к использованию физического аккумуляторного блока на каждом этапе проверки.
Почему небольшие программы BMS все еще нуждаются в серьезном тестировании
Меньшая BMS не является автоматически простой BMS. Он по-прежнему контролирует напряжение и температуру элементов, оценивает состояние заряда и работоспособность, контролирует балансировку, управляет контакторами или реле, контролирует ток и условия изоляции и реагирует на неисправности. Отсутствие проверки может привести к проблемам с доступностью, преждевременному устареванию или небезопасной работе.
Традиционное стендовое тестирование аккумуляторных батарей частично покрывает проблему, но оно имеет проблемы с повторяемостью, внесением ошибок, регрессионным тестированием и динамическим поведением батареи. Реальные аккумуляторные блоки медленны, дороги, ограничены в сценариях сбоев и опасны для тестирования в крайних случаях. Тестирование HIL заменяет физическую аккумуляторную систему управляемым моделированием в реальном времени, сохраняя при этом реальный контроллер BMS.
Для небольших программ практический вопрос не в том, полезно ли HIL-тестирование. Реальный вопрос заключается в том, как начать тестирование HIL, не усложняя его. Именно для этого подойдет аккумулятор dSPACE SCALEXIO HIL – Essential.
SCALEXIO Battery HIL – Essential: практичная отправная точка
SCALEXIO Battery HIL – Essential разработан как начальная конфигурация для небольших систем BMS. Он предназначен для систем класса примерно 200 В, включая легкие электромобили, электроинструменты, мобильных роботов, вилочные погрузчики, промышленные транспортные системы, электронные велосипеды, дроны и аналогичные платформы. Концепция ориентирована на компактный дизайн, стандартизированную конфигурацию, короткий цикл предложения, более короткие сроки поставки и экономичную архитектуру по сравнению с полностью адаптированными системами HIL.
Основная ценность SCALEXIO Battery HIL – Essential заключается в том, что она устраняет входные барьеры. Небольшим группам часто необходимо сначала проверить поведение ядра BMS: измерение напряжения элементов, входы температуры, оценку состояния, балансировку, релейную логику, связь, диагностику и выбранные реакции на неисправности. Возможно, с самого начала им не потребуются сотни сотовых каналов, несколько источников высокого напряжения или специально настроенная стойка.
SCALEXIO Battery HIL – Essential предоставляет структурированный способ начать работу. Конфигурация поддерживает до 64 каналов напряжения ячеек, системное напряжение до 200 В, настраиваемые каналы датчиков температуры и работу с внешним процессором реального времени dSPACE. Его также можно комбинировать с моделями аккумуляторов ASM из пакета автомобильных имитационных моделей (ASM) dSPACE, что обеспечивает реалистичное и воспроизводимое поведение аккумуляторов с самого начала процесса проверки.
От точки входа к предопределенным и индивидуальным HIL для аккумуляторов
По мере роста аккумуляторных систем растут и тестовые системы. Более крупные программы BMS обычно требуют более высоких системных напряжений, большего количества каналов ячеек, большего моделирования температуры, дополнительных интерфейсов тока и изоляции, источников высокого напряжения, внесения неисправностей, инфраструктуры безопасности и нескольких сетей связи. Именно здесь становятся актуальными предопределенные и настроенные системы dSPACE Battery HIL.
Системы dSPACE SCALEXIO Battery HIL сочетают в себе модели батарей ASM с высокоточной эмуляцией аккумуляторных элементов. Симулятор может отображать напряжения элементов, датчики температуры, напряжение батареи, поведение датчиков тока, управление реле, сигналы, связанные с изоляцией, и интерфейсы связи в среде с замкнутым контуром. Инженеры могут проверить BMS на соответствие реалистичному поведению элементов, не требуя для каждого теста аккумулятора под напряжением.
Предопределенные и полностью настраиваемые конфигурации предназначены для таких задач, как тестирование выпуска, системная интеграция, проверка безопасности, регрессионное тестирование и сложные пакетные архитектуры. Предварительно сконфигурированные системы могут поддерживать большее количество каналов и классы напряжения, а настроенные системы могут быть адаптированы к конкретным топологиям аккумуляторов, концепциям безопасности, электрическим интерфейсам, диагностике и требованиям автоматизации.
Это важно, поскольку валидация BMS редко стоит на месте. Проект может начаться с базовых алгоритмов, перейти к интеграции оборудования, расшириться до обработки ошибок, добавить автоматизацию, а затем соединить артефакты проверки в рабочих процессах «программное обеспечение в цикле» (SIL) и «аппаратное обеспечение в цикле» (HIL). Масштабируемый подход позволяет командам повторно использовать модели, тестовые примеры, средства автоматизации и инженерные знания по мере развития проекта.
Виртуализация клеточного контроллера: тестирование на уровне сигнала
Виртуализация контроллера ячейки (CCV) переносит все или часть функций контроллера ячейки в модель HIL. Вместо физической эмуляции ввода каждой ячейки в аппаратное обеспечение реального контроллера ячейки, симулятор обеспечивает изолированный интерфейс связи, ожидаемый контроллером BMS. Это полезно, когда контроллеры ячеек недоступны, когда контроллер BMS является основным объектом испытаний или когда полная эмуляция ячеек высокого напряжения может добавить ненужную сложность. В результате это помогает ускорить раннее тестирование контроллера BMS, одновременно уменьшая зависимость от доступности оборудования.
Роль батареи ASM и автоматизации испытаний
Одного оборудования недостаточно. Сильная испытательная среда BMS требует модели батареи, которая будет надежно вести себя при изменении состояния заряда, температуры, тока, балансировки и топологии. Модели автомобильного моделирования (ASM) Battery предоставляет в реальном времени модели напряжения и теплового поведения отдельных элементов, структур пакетов/модулей/стеков и параметризованных топологий аккумуляторов. Алгоритмы BMS реагируют на тенденции, дисбалансы, время, связь и сбои, а не только на статические значения. Поскольку модели интегрированы в среду тестирования dSPACE, инженеры могут использовать одну и ту же основу моделирования и проверки на разных этапах тестирования и конфигурациях системы.
Благодаря автоматизации тестирования инженеры могут превратить эти сценарии в повторяемые активы проверки. Они могут последовательно выполнять тесты на пониженное и повышенное напряжение, тесты балансировки, тесты предварительной зарядки, проверки связи, температурные сценарии и реакции на неисправности. Экономическое обоснование более убедительно, чем обнаружение единственной ошибки в лаборатории; речь идет об обнаружении регрессий, документировании результатов и сокращении ручной работы.
Масштабируемая стратегия тестирования, а не разовая покупка
Аргументом в пользу системы SCALEXIO Battery HIL – Essential является не просто ее меньший размер. Это дает командам практическую отправную точку. Для новых применений аккумуляторов риск часто заключается в создании тестовой среды, которая либо слишком ограничена, чтобы быть полезной, либо слишком велика, чтобы быть оправданной. SCALEXIO Battery HIL – Essential предлагает золотую середину: достаточные возможности для значимой проверки BMS, достаточная стандартизация для уменьшения трения и достаточная связь с экосистемой dSPACE, чтобы избежать тупика.
После этого команды могут масштабироваться до предопределенных или индивидуальных систем SCALEXIO Battery HIL в зависимости от класса напряжения, количества ячеек, требований безопасности, глубины автоматизации и объема интеграции. Они также могут использовать виртуализацию контроллера ячейки, когда тестирование уровня сигнала является более разумным вариантом, особенно для ранней проверки контроллера BMS или в архитектурах, где физическая интеграция контроллера ячейки может добавить ненужную сложность.
В этом и есть настоящий смысл масштабируемого тестирования BMS. Речь идет не только о добавлении каналов. Речь идет о выборе правильного уровня абстракции, глубины аппаратного обеспечения, точности моделирования и стратегии автоматизации для каждого этапа разработки. SCALEXIO Battery HIL – Essential – это отправная точка. Предопределенные и настроенные системы SCALEXIO Battery HIL открывают возможности для расширения. CCV добавляет гибкости при проверке уровня сигнала. Вместе они предоставляют инженерным группам практический способ тестирования систем управления батареями — от первой компактной лабораторной установки до полномасштабной проверки.