1、什么是BMS？

BMS（Battery?Management?System）全稱電池管理系統，是新能源汽車的核心系統之一。新能源汽車與傳統燃油車存在很大的不同，以純電動汽車為例，它是以電池包為動力來源的，那么電池包的狀態對純電動汽車就尤為重要。而電池管理系統就是對電池組的運行狀態進行實時監控，精確預估電池剩余容量，對出現的故障及時報警，以便最大限度的延長電池的循環壽命，使電池工作在最佳狀態。BMS的主要功能如下圖所示：

?BMS主要功能圖

2、什么是HiL？

HiL（Hardware-in-the-Loop）硬件在環是計算機專業術語，也即是硬件在回路。通過使用“硬件在環”(HiL) ，可以顯著降低開發時間和成本。在過去，開發電氣機械元件或系統時,使用計算機仿真和實際的實驗就已經彼此獨立開來。然而通過使用硬件在環的方式，這兩個過程可以結合并展示出效率的極大提升。

硬件在環：即硬件在回路(HiL)，首先看一下下面三種情況的區別（如果將實際控制器的仿真稱為虛擬控制器，實際對象的仿真稱為虛擬對象，可得到控制系統仿真的3種形式：）

1）虛擬控制器+虛擬對象=動態仿真系統，是純粹的軟件系統仿真；

2）虛擬控制器+實際對象=快速控制原型(RCP)仿真系統，是系統的一種半實物仿真；

3）實際控制器+虛擬對象=硬件在回路(HiL)仿真系統，是系統的另一種半實物仿真 。

HiL目前主要有三大硬件平臺，包含NI平臺、Dspace平臺、ETAS平臺（已宣布退出HiL業務），下面方案主要以NI平臺進行介紹。下面主要介紹BMS?HiL系統方案。

3、HiL系統方案架構：

HiL測試系統整體架構如下圖所示，主要包含三層內容，第一層次為HiL測試系統軟硬件架構，主要包括HiL測試系統的硬件設備、實驗管理軟件、被測控制器等；第二層次為HiL測試系統開發，在第一層次軟硬件架構的基礎上進行被測對象仿真模型開發、實時I/O接口匹配、硬線信號匹配及實驗定義等；第三層次為HiL測試，主要指在第一、二層次的基礎上進行HiL測試，主要包括測試序列開發、激勵生成加載、模型參數調試、故障模擬實現及測試分析與評估等。

HiL測試系統架構示意圖

3.1、BMS HiL系統架構：

BMS HiL測試系統主要包括：上位機（PC）、PXI機箱、處理器板卡、數據采集板卡、CAN卡、電池模擬器、高壓電源、低壓電源等，BMS HiL測試系統提供與BMS控制器硬件IO信號相對應的資源及與BMS控制器控制策略相對應的整車模型、電池模型。BMS系統一般包括主板、從板及高壓采集模塊，BMS HiL測試系統原理如下圖所示：

?BMS HiL測試系統原理示意圖

BMS HiL測試系統中上位機電腦安裝Veristand、Teststand軟件用于測試過程管理和測試序列編輯，通過以太網與PXI機箱中的實時處理器進行連接，實時處理器中運行實時系統（Real Time）并安裝Veristand終端引擎，通過與上位機數據傳輸，將仿真模型部署到實時系統中并控制運行狀態；PXI機箱中配置有多種類型的板卡，為系統提供不同類型的信號模擬和采集功能，通過PXI總線與實時處理器進行數據傳輸。

3.2、主要功能：

BMS?HiL測試系統主要功能包括：

• 提供電池單體電壓模擬；
• 提供電池單體溫度傳感器阻值信號模擬；
• 支持電池單體故障注入，包括單體電壓/溫度的采樣線斷路、采樣線短路、超閾值、單體極性反接等故障；
• 提供多通道高壓信號模擬；
• 提供絕緣電阻模擬；
• 提供電流傳感器信號模擬；
• 提供總線通訊信號模擬；
• 提供BMS系統其他輸入信號模擬；
• 提供BMS系統各種輸出信號采集；
• 支持低壓I/O信號故障注入；
• 集成動態仿真模型，實現被測控制器的實時閉環測試；
• 支持模型變量在上位機界面實時修改，無需重新編譯模型；
• 支持上位機界面通道配置及參數設置，實現被測控制器手動測試；
• 支持測試用例編輯，實現自動化測試，自動生成測試報告；
• 支持NEDC等標準工況測試及自定義工況測試；
• 支持上位機界面實時查看所有通道數據，包括硬線、總線和模型數據；
• 支持BMS的功能測試，主要包括單體采集、高壓采集、電流采集、繼電器控制、單體均衡、SOC估算、熱管理及國標交直流充電功能驗證；

3.3、系統組成

BMS?HiL測試系統主要有硬件平臺、軟件平臺、控制模型三部分組成。

HiL系統組成圖

3.3.1硬件平臺：

BMS HiL測試系統采用分布式設計模式，上位機作為整個系統的控制核心，主要負責軟硬件配置和流程管理；下位機以PXI機箱、實時處理器及I/O板卡為核心，主要負責序列執行與設備調用。系統硬件平臺由PXI機箱、實時處理器、I/O板卡、通訊板卡、電源管理模塊、故障注入板卡、高壓可編程電源、低壓可編程電源、電池模擬器、信號調理模塊、機柜及上位機電腦等組成。

?HiL 測試系統下位機實時系統參考圖

3.3.2軟件平臺

軟件平臺包括實驗管理軟件和自動化測試軟件，實現試驗管理、故障注入、測試用例編輯及自動化測試等功能。

?軟件平臺界面參考圖

本方案試驗管理軟件基于NI VeriStand 軟件平臺，實現系統配置管理和測試管理。試驗管理軟件是一款基于配置的專業實時測試與仿真軟件，無需編程即可創建測試應用，快速將硬件I/O與多種環境下開發的仿真模型相集成，同時可以通過NI LabVIEW及其他軟件添加自定義與其他自動化測試功能，在兼具靈活性與開放性的同時，降低系統開發難度，縮短開發時間。

本方案自動化測試軟件基于NI TestStand軟件平臺，自動化測試軟件是一款可立即執行的測試管理軟件，它可以幫助用戶更快地開發自動測試和驗證系統。自動化測試軟件主要功能包括：

? 可視化測試序列編輯環境

? 測試管理功能

? 測試執行

? 多線程并行測試

? 用戶管理

? 測試報告管理

? 可自定義的操作員界面

? 源代碼控制整合

? 數據庫記錄

3.3.3仿真模型

仿真模型為HiL系統提供完整的虛擬環境，與被測ECU相應的I/O信號和CAN信號通過硬件板卡進行匹配，實現控制對象仿真模型與控制器輸入輸出信號之間的無縫連接，從而形成閉環測試環境。

BMS HiL測試系統仿真模型主要包括電池模型、整車模型、國標充電樁模型、I/O模型、UDS模型等。

1) 模型滿足電動汽車BMS功能測試要求；

2) 基于MATLAB/Simulink開發，能實現模型模塊化、參數化設置，模型精度高；

3) 支持以圖形用戶界面輸入數據；

4) 模型中各模塊所用參數可以實時在線修改，不需重新編譯下載模型；

5) 支持在MATLAB下離線仿真和在線仿真；

6) 滿足新能源硬件在環測試系統實時性要求，整個仿真模型運行于實時系統，模型整體解算步長≤1ms；

7) 所有模型均開源、規范、易讀，可進行模型的二次開發，每個模塊有詳細的模型說明，方便用戶修改模型參數。

BMS HiL測試系統仿真模型參考圖

對于BMS HiL測試，需要建立動力電池仿真模型，目的是根據車輛動力學模型得到的電池電流激勵來仿真電池電壓的響應情況。電池模型充分考慮了電池動態特性，同時考慮到實際應用中的電池單體存在不一致性的情況。

電池仿真模型支持三元、磷酸鐵鋰等各種類型鋰電池，包括電池單體模型及串聯電池組模型。

整車模型主要用于提供BMS HiL測試所需的整車信號，包括駕駛員 、車輛動力學模型、電機模型、主減速器模型、道路及環境模型及虛擬控制器模型，為BMS測試提供虛擬整車環境。

充電樁模型包括快充模型和慢充模型，充電模型主要是實現充電槍、充電參數控制邏輯及故障模式設置等，模擬正常及故障狀態下的預充功能。在充電模式下，根據插槍動作識別快慢充模式，自動發出握手參數，并輸出相應充電電壓、電流等參數，根據國標要求可以設置相應的故障類型完成故障模擬測試。

UDS模型主要是按照UDS協議實現被測控制器的參數標定。能夠依據甲方提供的DID標定協議在自動化測試工步中完成參數標定（如SOC寫入到BMS，并讀取BMS的SOC）。

I/O模型實現車輛仿真模型與被測控制器的信號連接。I/O模型包括傳感器信號輸出接口、執行器信號采集接口、通信接口等。

4、HiL測試流程

HiL測試流程包含測試準備、測試用例開發、測試工程搭建、測試調試、測試總結。

HiL測試流程圖

4.1、測試準備

測試準備包含：被測控制器接口分析、HiL設備硬件資源分配、控制器線束設計、被測件功能分析、測試計劃安排；

4.2、測試用例開發

測試用例開發方法研究是測試的關鍵點之一。采用合理的測試方法開發出合理有效的測試用例，不僅可以增加測試的覆蓋度而減少冗余重復的測試，也可以大大減小測試的時間而提高測試的效率。

測試用例開發包含：測試用例定義、測試用例開發方法（黑盒測試、白盒測試、基于經驗測試）、自動化測試用例開發；

4.3、測試工程搭建

測試工程搭建主要是測試工程師是基于實驗管理軟件和自動化測試軟件進行測試工程的搭建，包含：軟硬件工程配置、測試界面搭建、模型配置、通訊配置等等；

4.4、測試調試

1）冒煙測試：測試工程搭建完成后，連接被測控制器，需要對被測控制器和HiL測試設備做冒煙測試，驗證設備連接與原件是否有基本的問題。冒煙測試有測試人員和開發人員共同完成，在測試過程中發現問題，測試人員找到了一個Bug，然后開發人員會來修復這個Bug，冒煙測試是否通過決定了下一輪系統測試是否可以執行。

2）接口測試：接口測試是只有被測控制器，沒有和整車仿真模型形成閉環的測試，屬于開環測試。接口測試通過人為賦值模擬VCU、MCU等外部控制器與被測控制器之間的數據交互，驗證被測控制器數據交互是否正常，側重信號交互驗證。一般接口測試如果有測試程序，可以自動測試，如果沒有測試程序，可手動測試。

3）自動化測試：被測控制器和整車仿真模型形成閉環的測試，屬于閉環測試。閉環測試通過模擬操作駕駛室變量，使整車模型與被測控制器自動數據交互，驗證被測控制器軟件策略，側重功能和性能驗證。

4）測試報告：通過HiL測試管理軟件加載測試序列，執行測試，輸出測試報告。

4.5、測試總結

測試完成，在被測功能達到測試通過標準后，需要對HiL測試工作進行總結和整理，并生成及編制HiL測試總結。HiL測試總結主要包括以下內容：HiL測試環境、測試周期、測試人員及測試內容等、測試過程中的問題統計與分析，并對測試遺留問題進行記錄、測試結束后檢查所做的測試工作及完成情況，提交工作成果，包括：測試用例說明文檔，測試矩陣文檔，可執行文件及生成的測試報告等。

5、總結：

硬件在環仿真測試系統是以實時處理器運行仿真模型來模擬受控對象的運行狀態，通過I/O接口與被測的ECU連接，對被測ECU進行全方面的、系統的測試。從安全性、可行性和合理的成本上考慮，HiL硬件在環仿真測試已經成為ECU開發流程中非常重要的一環，減少了實車路試的次數，縮短開發時間和降低成本的同時提高ECU的軟件質量，降低汽車廠的風險。在新能源汽車領域中，HiL硬件在環仿真測試對于核心電控系統：整車控制系統、BMS電池管理系統、MCU電機控制器、車身系統、底盤懸架、ADAS輔助駕駛等都極為重要。

近年來隨著資本對汽車行業的密集投入，新能源汽車HiL測試工程師崗位需求量大，薪資也在不斷增加，目前工程師薪資已到達20K-50K，從長遠的職業規劃角度來考慮HiL測試工程師是一個可持續發展的崗位。大家可以一起交流學習新能源汽車相關知識。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的一篇文章带你了解新能源汽车电池管理系统BMS 硬件在环（HiL）仿真测试的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。