本文作者：

中國汽車技術(shù)研究中心電子電控開發(fā)部工程師 丁健

中國汽車技術(shù)研究中心電子電控開發(fā)部工程師 尹可欣

傳統(tǒng)的信號(hào)級HIL測試在BMS功能策略驗(yàn)證層面已經(jīng)非常成熟，但電池包性能驗(yàn)證能力嚴(yán)重不足。道路測試可以提供最真實(shí)的電池包性能，但測試條件覆蓋范圍過窄，要求較高。為解決這個(gè)挑戰(zhàn)，廠商們開始采用電池在環(huán)(BIL)測試解決方案，該方案在很大程度上填補(bǔ)了HIL測試與道路測試之間的測試空缺。

電池測試在不斷發(fā)展的中國市場中的發(fā)展歷程

汽車產(chǎn)業(yè)作為中國重要的戰(zhàn)略方向，正處于商業(yè)化初期，技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)布局加快，產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨機(jī)遇、風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。在此背景下，純電動(dòng)汽車在提高經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)競爭力、吸引主要可開發(fā)市場投資方面潛力巨大。為了避免汽車軟件的功能安全問題，汽車行業(yè)制定了汽車功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262，這是目前汽車行業(yè)最重要的國際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)主要通過避免汽車電氣和電子(E/E)系統(tǒng)故障行為可能導(dǎo)致的危險(xiǎn)來提高E/E系統(tǒng)的功能安全性。

EV設(shè)計(jì)和驗(yàn)證中電池測試的復(fù)雜性

根據(jù)各國對電動(dòng)汽車的研究，存在一個(gè)普遍現(xiàn)象：電池是整個(gè)電動(dòng)汽車研究領(lǐng)域中問題最多的零部件。在設(shè)計(jì)過程中，為保證電池系統(tǒng)安全，除電芯特性、電池模組設(shè)計(jì)、電池包結(jié)構(gòu)和排氣設(shè)計(jì)外，電池管理系統(tǒng)(BMS)最為重要。許多新能源汽車企業(yè)都將電池管理系統(tǒng)作為企業(yè)核心技術(shù)。近年來，行業(yè)領(lǐng)先的OEM所申請的核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)大多與電池相關(guān)，可見動(dòng)力電池系統(tǒng)對電動(dòng)汽車的重要性。

電動(dòng)汽車控制器的開發(fā)和測試一般采用V周期開發(fā)流程（如圖1所示），可提高開發(fā)效率、降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)并減少工作量。V周期開發(fā)過程可完成系統(tǒng)需求、功能需求、軟硬件設(shè)計(jì)、模型驗(yàn)證(MIL/SIL)、 硬件在環(huán)測試(HIL)以及實(shí)車測試，其中控制器的HIL測試起著關(guān)鍵作用。硬件在環(huán)測試平臺(tái)可用于構(gòu)建虛擬控制器運(yùn)行環(huán)境，通過給出一些輸入信號(hào)和檢測輸出信號(hào)來驗(yàn)證控制器功能。

圖01 V周期開發(fā)流程

傳統(tǒng)的信號(hào)級HIL測試在BMS功能策略驗(yàn)證層面已經(jīng)非常成熟，但電池包性能驗(yàn)證能力嚴(yán)重不足。通過道路測試可獲得最真實(shí)的電池包性能。但其測試條件覆蓋范圍過窄，對測試條件要求很高。而且如果要在特定環(huán)境下進(jìn)行實(shí)車測試，例如高溫或低溫極端條件，則對環(huán)境的要求更高。

中國汽車技術(shù)研究中心的電池在環(huán)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)

為提高用戶電池包性能測試的真實(shí)性和可靠性，中國汽車技術(shù)研究中心（天津）汽車工程研究院有限公司通過仿真和測試，提出了一套電池在環(huán)(BIL)測試解決方案。BIL測試很大程度上填補(bǔ)了HIL測試與道路測試之間的測試空缺。與道路測試相比，BIL測試可最大限度減少對現(xiàn)場、環(huán)境和車輛的需求，優(yōu)勢明顯。BIL和實(shí)車測試的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表01 不同測試方法的比較

其系統(tǒng)框架包括負(fù)載仿真、環(huán)境仿真、DUT和車輛仿真4個(gè)主要部分，如圖2所示。在虛擬工作條件、虛擬道路和虛擬能源需求下，系統(tǒng)控制真實(shí)充放電系統(tǒng)。真實(shí)環(huán)境測試系統(tǒng)可輕松仿真各種真實(shí)路況并獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖02 電池在環(huán)測試系統(tǒng)框架

中國汽車技術(shù)研究中心專門實(shí)現(xiàn)了電池在環(huán)測試方案。如圖3所示，整個(gè)系統(tǒng)配備了環(huán)境室、水冷卻器、虛擬負(fù)載等設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)電池在特定工作條件下的真實(shí)狀態(tài)測試。其中，電池的虛擬負(fù)載既是充電樁，也是用于對電池包進(jìn)行充放電的負(fù)載。主控系統(tǒng)通過CAN協(xié)議與電池虛擬負(fù)載、電池包環(huán)境仿真系統(tǒng)和BMS通信；BMS通過CAN協(xié)議實(shí)現(xiàn)快速充電功能。電池包冷卻/加熱系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)電池的熱管理功能，并通過以太網(wǎng)與主控系統(tǒng)連接，主要由LabVIEW進(jìn)行控制。其中，車輛動(dòng)力學(xué)模型和道路模型由CarMaker構(gòu)建，其他策略算法模型使用MathWorks® MATLAB®軟件和Simulink®軟件構(gòu)建。

該系統(tǒng)具有以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：