基于VT系统的BMS硬件在环测试平台开发

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Industry Focus
新能源
基于VT系统的BMS硬件在环测试平台开发
吕乐，庞明奇，刘净月
（航天科工防御技术研究试验中心，北京100854）
摘要：本文提出一种基于Vector的VT system板卡，适用于电动汽车电池管理单元的硬件在环测试系统$系统能够根据自身需求，灵活设计平台架构及自动化测试程序$在整车开发过程中，系统结合CANoe和MatlJ/SimulinO 的功能，充分发挥其灵活方便的特q,提高测试覆盖度的同时，还大大提高测试效率$
关键词：硬件在环；CANoe；Simulink；电池管理；VT系统
中图分类号：U463.6文献标志码：A文章编号：1003-8639(2021)04-0008-04
A BMS Hardware in the Loop Test Platform Development Based on VT System
LV Yue,PANG Ming-qi,LIU Jing-yue
(Aerospace Science and Industry Defense Technology Research and Test Center,Beijing100854,China)
Abstract：This paper propose a hardware in the loop test system for battery management unit of electric vehicle based on Vector's VT system board.According to its own needs the system can design platform architecture and automatic test program flexibly.At the vehicle development process,the system combines the function of CANoe and Matlab/Simulink,improves the test coverage and greatly improves the test efficiency.
Key words:HIL；CANoe；Simulink；BMS；VT
吕乐（1990-）,女，工程师，硕士，主要从事
元器件测试和可靠性技术的研究工作。

随着科技的日益发展，人们生活水平逐渐提升，汽车保
有量也逐年攀升，现在全球都在倡导绿色环保，目前摆在人
类面前的问题就是减少碳排放，追求可持续发展，寻求新能
源。

燃油车逐步要退出历史的舞台，目前比较好的替代方案
是电动汽车O
电动汽车的核心是动力电池，就目前技术而言，电芯技
术还不是，全可的电池（
BMS）就必可少。

如何才能确保BMS的全可，就
需要较好的测。

当前的能全就提
测试，需要有在环（HIL）在的必要。

目前面上HIL的较，dSPACE的
较出，是们的都的，-
的。

就 比较好的方案，能实现对BMS全能测，需要
的。

1系统设计
电动汽车的动力源目前的方案是G 现在的电平台400V,也有正在发800V 的，是的HIL测，，只是电源的电有的要求。

测平台的，测的需求是强相关的，的在环的如图1。

PC VT，上位机使用的是CANoe,
图1BMS HIL系统框图
可以通过脚本编写测例，自动生成测试报告。

VT System就是该的低控制重要的组部分，包括各类I0板卡及信板卡。

低压供电电源是整供电的，车载作电
9=16V,测更宽的，选的电源电压输出0〜40V,VT RS232控制。

就是模拟整车的电池，主要是对电池电压和端电仿真，VT RS232控制。

仿真主要是模拟电芯，采的是24单
复的方案，且带16路温度模拟道和动均衡，VT CAN动控制。

BMS为电池，是被测件。

收稿日期:2021-02-05
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1.1低压部分响整个系统仿真测试结果的精确度。

本系统采用的是通过
根据BMS接口信息+选择相应的板卡+当前系统主要配Simulink建立闭环控制模型(简称plantmodel)+对各个板卡置的板卡信息，如图2中所示。

进行相应的控制，同时也对高压系统和单体仿真进行相应的低压部分的模拟控制与仿真是整个系统重要的环节，影控制。

1.2高压部分
由于高压采集的方案不同，涉及的采集形式也不同。

本文选择常用的采样方式，针对电池系统的高压部分，可简化成图3。

分可知，要模拟2高压，分PACK电压、Link电压。

模拟Vlink的高压要要Vpack的高；对于响应时间及电压控制精度都比较严苛。

由于模拟信号控制高压源误差较串口控制，所以采用串口信号控制。

K1
图3动力电池高压系统
2闭环控制设计
仿真整测试环，建闭环控制系统是非常
要的，前通用的闭环控制模型都是simulink建，方。

重BMS HIL闭环模型中重要的个模电池仿真模型和充电机模型。

2.1电池模型
仿真单体电压及模度的变化，需要建立电池仿真模型。

前电池模型主要分3电化学模型模型和电模型。

1)电模型不可电过的，还可电池的内部应。

该模型由复杂的、相的偏微分方程(partial differential equations,PDE"序列组成⑴；
要相当的据。

2)模型可通过不同于
据建立和间的系，模型度于据的和。

同时，该模型的
耗时不电池的叫
3)电模型是电的电路，通常是理想的电电#3$。

通过不同时间常数的RC元件的串接，可好地模拟电池不同时间尺度的电压响应。

电模型的主要优是快速地模拟电池外模型简单。

综上所+由于电模型以及模型计算过程较为+而电路模型计算简单定的意义，故电模型工应用上较广泛。

文中将仿真平台中采用电路模型模拟实际电池，与单体仿真使用。

电模型如图4所示，其中参都是从真实电芯实验中提取出来的，仿真曲较接近真实的状。

根据图4可+电池的端电压如式(1)所示；其中
表示系统的损电压，计算如式(3)所示。

!bf!ocv—!険(1)
!OCV二"Cell!Cell(S$C)(2) if!嗒1f!c t佔
!Loss二-!(&Bat_—)d(+1-!(&Bat_—)d(+&Bat'Bat
C DL'd L C Dff'Diff
(SOC，厶at,)Bat,SO*)+芈+Bat(3)
d(
式中：!b,-----电池包终端输出电压；！ocv----电池包开路电压；F loss---电池包自损电压；!cell------单体电芯的电压；！，dl---双电层电电压损耗；V%DS---扩散层电容电压损耗；"Cell-----电池中单体电芯的；C@L------双电层电容；'dl---双电层电；C@ff----扩散层电；'@iff------扩散层电；'Bat------电池；+Bat-------电池咅卜电感)Bat------电池度；&Bat------电池电流；SOC-------荷电状。

仿真模型中的各个参+要对电池进行的试验推导得。

辨识电池电模型参前，要通过间隔放电试验建立OCV曲线⑷。

然后再通过各种试验以及如公式+得到各个参数+再用Simulink建模+如图5所示。

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图5电池模型仿真
2.2充电机模型
动车最重要的一个 能是，
分为 摩
+ 相对要 一+ 是整车厂自 的+ 车控制器的通信
比
，是为
车
的， 6
= 2T 系统发的BMS 测试系统， 要实现对BMS 的 能测试，正确 模型，是十分 要的。

GBT27930搭建模型，同时还
的功能，
7。

9 。

模型搭建完成 后，除了严格 GBT27930要 求，还需 相的 能，需要进行反复调试与
测试+ 分 后才能用于对BMS 的测试。

除了上述两个重要的模块需要搭建， 模型还作需要完成，
在 述，为了完成对BMS 的全功能测
试，需要搭建一整 完整的 模型， 后配 VT 系统才 能 是 在 测试系统。

图7充电机系统框图
3硬件在环％试系统调试
完成上述一系列工作后+初步完成了整个系统的搭建+ 联调才是最重要的一步。

搭载被测试件（即BMS 控制器）进 行系统功能的调试，对整个系统的通信要求也是相当严格， 除了要求搭建的模型要准确，同时还需要各个通信模块配置
也要无误。

为了方便操作，需要利用CANoe 自带的Panne 1搭 建可视化的操作面板，通过手动实现部分测试用例要求的操
作，对比测试结果是否存在问+ 进行 操作之后， 方可 系统的可用 可 。

操作面板 9。

部
分测试用例 10 。

4结论
当前国内新能源汽车发展迅猛，在此领域想实现对国外
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耳 Sim_Load
1004_l_CHl |200, 00
VT1004CHl_Resistor:0. 00
IntLoadCurrent Avg: |0. 00 —PWMDC: |0. 00PWMFreq: |0. 00
高压互锁
高压互锁1 0
£
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I [DC WaKEUP]
Wakeup{0|1]
Wakeup(0|1]BSM_BatFaultSt(0)1]
BST_BMSFault[O|1)
BSM_BatFaultSt FromIO
BST_BMSFautt
In1
BRM_RXSt(O|1]BHM_RXSt(0|1]
BRO_RXSHO|1]
BCS_RXSt[O|1)BCS_RCVFlag[O11]BCP_RXSt[O|1)
BCP_RCVFl&g|0l1]
BEM_RXSH0<1]BCL_RXSt(O|1]BSO_RXSt[0|1)
BST_RXSt[O11]fl^ChrgPermrt
BSM_RXSt(O|1]BCL_ChrgModO BCL_ChrgCurReq(AJ
<BCL_VolltageRequlre>
BCL_ChrgVoltReq[V)
voltage M anualSw
BCP_BattVolt(V]
BHM_MaxPefmitChrgVon (V]
K5K6«tySt
Bat_ActCur(A)BatActVoft(V)
图8充电机仿真图
新能源2.
的弯道超车，为 了加速研发速
度，高效的测试 环境就十分有必<BHM MaxChargeVoltage>
温度传感器仿真出水口温度 入水口温度 温度传感器3 温度传感器4 温度传感器5 温度传感器6
删器
PWMOutputDC |50.00 —P1uglN[0|1l
巫 StatusMonitor
1004_l_CHl
SoftOFCBus
BRO_ChrgReady
继电器控制信号-低边
Q
翳籍不要
碰撞PWM 输出4 - 12V
O Q
PWM 占空180
充电桩功率确认
Q
DigitalOutput:
|o
—
|200. 00
VT1004CHl_Resistor:IntLoadCurrent Avg: |0. 00PWMDC: |0. 00 -PWMFreq: |0. 00
继电器9 :继电器10：继电器11：继电器12：
Q 启动负载仿真
Resistor: 110000. 00 高压互锁2 £Resistor: [10000.00PWMOutputFreq 110. 00
卸maw 】_____
快充辅助电源
『•
Q
交流充电枪电子锁控制反 馈信号
引脚分配需要确认
Voltage:■ o
—QQQQ'
BMS_Chrgl__10ms BMS_Chrg2_100m BMS_Chrg_100ms_Rt_FD BMS_CurrSensor BMS_CurrSensor BMS_Infol_100m BMS_Infol_20ms
要&而且V 流程 开发中对硬件在
环的测试环节也
是有一定要求。

测试最终的发展
方向一定是自动 化与智能化叫 有些测试工况很
难实现，或者要
付出比较大的代
价，但是如果有
HIL 测试系统进 行测试，就可以 实现全功能测
试，包括各类故
障注入。

本文利
用VT 搭的测 试系统， 较
的，实现了 对BMS 的全功能测试，提 高了测试
与
测试效， 了开发 ，同 时也大大降低了 开发成本。

继电器控制信号-可继电器1: ~~继电器2：匚匚 继电器3：匚］继电器4： |0
充电机唤醒
慢充|0. 00
o o o o o o o
o o o o o o o
o o o o o o o
图9操作界面
（下转第14页）
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动汽车动力电池系统的低温性能进行了试验研究。

环境温度越低，整体充电时间越长，因此有必要先对电池系统进行预加热，保证低温环境下充电的安全性、可靠性。

低温环境下，电池的续驶里程显著下降，峰值功率也发生一定的衰
减。

与25"的放电容量和放电电压相比，电池的放电电压、放电容量均有下降。

改善电池系统的低温适用性，可以通过
优化热管=电池系统的加热能力和保温
=对电动汽区的推广和应用具有一定的可行性和适用性。

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方法的研究[J].汽车电器,2018(11)：15-17.
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(编辑凌波)
鶴Functions
臨i Test Functions
v嬴Test Cases
录FrontFirstLevel():void
曲iLeftHandSide():void
葩RightHandSide():void
昭RearSide():void
揃Front_LeftHandSide():void
Front_RightHandSide():void
Front_RearSide():void
Left_RightHandSide():void
Left_RearSide():void
Front_Left_RearSide():void
昭Left_Right_RearSide():void
承Front_Left_Right_RearSide():void
afcl PWM_Duty_Crash():void
昭PWM_Duty_Crash_4s():vo泊
PWM_Duty_Crash_6s():void
PWM_Frequency_Invalid():void
承PWM_Duty_Invalid():void
承SOH_OverLow_Levell():void
SOH_OverLow_Level2():void
Precharge_short():void
昭Precharge_OverCurrent():void
昭Precharge_OverTime():void
妣Precharge_Relay_open():void
閱Precharge_Resistor_Open():void
承MainPos_Relay_open():void
加MainNeg Relay Open():void
19
20
startLogging();A 21TestCaseTitle("TCI","FrontFirstLevel Crash");
22TestStep,"KL15上电“)；
23@sysvar::SimulinkVT clh::Parameters::MDL::Powersupply::'Key::Value=l;
24
25testwaitfortimeout(100);
26
27Teststep(,,n z"UDS故障清除“)；
28//UDS故障清除
29UDS Mess.DLC=8;
30UDS_Mess.by te(0)=0x04;
31UDS_Mess.by te(l)=0x14;
32UDS Mess.by te(2)=OxFF;
33UDS_Mess.byte(3)=OxFF;
UDS_Mess.byte(4)=OxFF;
i35output(UDS Mess);
\36
137TestStep("","KL15b'tk")；
38Qsysvar::SimulinkVT clh::Parameters::MDL::Powersupply:::'Key::Value=0;
39
40testwaitfortimeout(13000);
41
42Tes t St e p(""z"KL15上电“)；
43Qsysvar::SimulinkVT clh::Parameters::MDL::Powersupply:::'Key::Value=l;
44
45//读取低压报文信号
46testwaitfortimeout(200);
47if($LowVolPwrMd==1){
48TestStepPass"KL15上电成功");
49}
50else{
511."KT.I S卜出失购V 图10部分测试用例
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2021年第4。