在電池技術(shù)創(chuàng)新和全球?qū)沙掷m(xù)交通不斷增長(zhǎng)的需求的推動(dòng)下，電動(dòng)汽車(chē) （EV） 行業(yè)正在以前所未有的速度擴(kuò)張。電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)采用率的擴(kuò)大，測(cè)試和驗(yàn)證 BMS 設(shè)計(jì)的復(fù)雜性也隨之增加。這就是由 xMove 平臺(tái)等高級(jí)工具實(shí)現(xiàn)的精確仿真正在徹底改變 BMS 測(cè)試格局的地方。

了解 BMS 在 EV 中的作用

BMS 負(fù)責(zé)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(hù)電池組免受過(guò)度充電、過(guò)度放電、過(guò)熱和短路等危險(xiǎn)。

該系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測(cè)和測(cè)量單個(gè)電池的電壓、電流和溫度，計(jì)算充電狀態(tài) （SOC） 和健康狀態(tài) （SOH） 等關(guān)鍵指標(biāo)，并控制冷卻和加熱機(jī)制以保持安全的工作溫度。它還可以檢測(cè)故障并在必要時(shí)觸發(fā)適當(dāng)?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(huì)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(kāi)關(guān)來(lái)重定向電流并調(diào)整單個(gè)電池的電壓水平，從而確保整個(gè)電池組的統(tǒng)一性能。

鑒于其重要性，BMS 必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，以驗(yàn)證其是否符合嚴(yán)格的性能和安全標(biāo)準(zhǔn)。然而，傳統(tǒng)的測(cè)試方法往往無(wú)法復(fù)制真實(shí)世界的條件并擴(kuò)展以滿(mǎn)足現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)的需求。

BMS 測(cè)試的挑戰(zhàn)

BMS 測(cè)試涉及在各種情況下評(píng)估其功能，包括正常運(yùn)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(gè)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(guò)壓情況）進(jìn)行測(cè)試可能會(huì)造成重大的安全隱患，使驗(yàn)證過(guò)程進(jìn)一步復(fù)雜化。此外，實(shí)際作條件（例如溫度變化和負(fù)載波動(dòng)）很難在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中一致地復(fù)制。物理原型制作和測(cè)試可能既耗時(shí)又昂貴，會(huì)延遲產(chǎn)品開(kāi)發(fā)并大大增加流程成本。

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

BMS 仿真

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

仿真具有多種優(yōu)勢(shì)，包括增強(qiáng)的安全性、靈活性和成本效益。它使工程師能夠測(cè)試使用物理電池風(fēng)險(xiǎn)太大或不切實(shí)際的場(chǎng)景，從而減少對(duì)昂貴原型的依賴(lài)并最大限度地降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

xMove 平臺(tái)：BMS 測(cè)試的新時(shí)代

一種用于 BMS 仿真的高級(jí)工具是 xMove 平臺(tái)，該平臺(tái)可與其他硬件和軟件產(chǎn)品配合使用，以提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的仿真。該平臺(tái)支持單元監(jiān)控單元 （CMU） 仿真和混合仿真模式，支持對(duì) BMS 設(shè)計(jì)進(jìn)行全面測(cè)試。憑借其可擴(kuò)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(dòng)自行車(chē)到商用車(chē)的所有類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)。

該平臺(tái)提供有關(guān) BMS 響應(yīng)的實(shí)時(shí)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(kāi)路和極性反轉(zhuǎn)等故障，以驗(yàn)證 BMS 的安全機(jī)制。該軟件能夠處理電池模型、文件播放、測(cè)試自動(dòng)化工具及其模塊化硬件系統(tǒng)，確保與各種 BMS 設(shè)計(jì)兼容，支持各種通信協(xié)議和配置。

CMU 仿真：模擬真實(shí)世界條件

模擬 CMU 是 BMS 測(cè)試的另一種方法。CMU 負(fù)責(zé)測(cè)量和報(bào)告電池電壓、電流和溫度。CMU 和 BMS 通過(guò) 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(biāo)電壓、電流和溫度信息的 CMU iso-SPI 協(xié)議。因此，工程師無(wú)需進(jìn)行實(shí)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(cè)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(zhuān)注于單個(gè)組件，而不是仿真整個(gè)電池系統(tǒng)，從而提高效率和靈活性。在測(cè)試系統(tǒng)中實(shí)施仿真時(shí)，必須評(píng)估使用哪種芯片以確保與被測(cè) BMS 的兼容性。

BMS 測(cè)試中仿真的好處

精確仿真通過(guò)解決傳統(tǒng)方法的局限性，正在改變 BMS 測(cè)試。將電池加熱到所需的溫度進(jìn)行測(cè)試需要時(shí)間、消耗能源并存在潛在危險(xiǎn)。同樣，對(duì)電池充電和放電以備測(cè)試可能需要一整天才能達(dá)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(lái)越受歡迎。這些進(jìn)步影響了測(cè)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(huì)顯著影響 SOC 讀數(shù)。仿真器必須比以往任何時(shí)候都更加精確，以適應(yīng)這些變化并提供準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。

BMS 測(cè)試和 EV 可擴(kuò)展性的未來(lái)

隨著電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，對(duì)強(qiáng)大且可擴(kuò)展的 BMS 測(cè)試解決方案的需求只會(huì)增長(zhǎng)。xMove 等仿真平臺(tái)為更高的可靠性鋪平了道路，確保 BMS 設(shè)計(jì)滿(mǎn)足最高的安全和性能標(biāo)準(zhǔn)。這些平臺(tái)還支持創(chuàng)新功能的開(kāi)發(fā)，例如預(yù)測(cè)性維護(hù)和自適應(yīng)熱管理。

通過(guò)實(shí)現(xiàn)全面測(cè)試，仿真可幫助制造商創(chuàng)建更智能、更能響應(yīng)動(dòng)態(tài)作條件的 BMS 解決方案。

通過(guò)高精度仿真實(shí)現(xiàn)更好的 BMS 測(cè)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(cè)試的執(zhí)行方式，為工程師提供強(qiáng)大的工具來(lái)應(yīng)對(duì)擴(kuò)展 EV 技術(shù)的挑戰(zhàn)。

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