NI x 中汽研：电池在环测试方案轻松把握电池包性能测试可靠性

本文作者：

中国汽车技术研究中心电子电控开发部工程师 丁健

中国汽车技术研究中心电子电控开发部工程师 尹可欣

传统的信号级hil测试在BMS功能策略验证层面已经非常成熟，但电池包性能验证能力严重不足。道路测试可以提供最真实的电池包性能，但测试条件覆盖范围过窄，要求较高。为解决这个挑战，厂商们开始采用电池在环(BIL)测试解决方案，该方案在很大程度上填补了HIL测试与道路测试之间的测试空缺。

汽车产业作为中国重要的战略方向，正处于商业化初期，技术发展迅速，产业布局加快，产业发展面临机遇、风险和挑战。在此背景下，纯电动汽车在提高经济和产业竞争力、吸引主要可开发市场投资方面潜力巨大。为了避免汽车软件的功能安全问题，汽车行业制定了汽车功能安全标准ISO 26262，这是目前汽车行业最重要的国际标准。该标准主要通过避免汽车电气和电子(E/E)系统故障行为可能导致的危险来提高E/E系统的功能安全性。

根据各国对电动汽车的研究，存在一个普遍现象：电池是整个电动汽车研究领域中问题最多的零部件。在设计过程中，为保证电池系统安全，除电芯特性、电池模组设计、电池包结构和排气设计外，电池管理系统(BMS)最为重要。许多新能源汽车企业都将电池管理系统作为企业核心技术。近年来，行业领先的OEM所申请的核心知识产权大多与电池相关，可见动力电池系统对电动汽车的重要性。

电动汽车控制器的开发和测试一般采用V周期开发流程（如图1所示），可提高开发效率、降低开发风险并减少工作量。V周期开发过程可完成系统需求、功能需求、软硬件设计、模型验证(MIL/SIL)、 硬件在环测试(HIL)以及实车测试，其中控制器的HIL测试起着关键作用。硬件在环测试平台可用于构建虚拟控制器运行环境，通过给出一些输入信号和检测输出信号来验证控制器功能。

图01 V周期开发流程

传统的信号级HIL测试在BMS功能策略验证层面已经非常成熟，但电池包性能验证能力严重不足。通过道路测试可获得最真实的电池包性能。但其测试条件覆盖范围过窄，对测试条件要求很高。而且如果要在特定环境下进行实车测试，例如高温或低温极端条件，则对环境的要求更高。

为提高用户电池包性能测试的真实性和可靠性，中国汽车技术研究中心（天津）汽车工程研究院有限公司通过仿真和测试，提出了一套电池在环(BIL)测试解决方案。BIL测试很大程度上填补了HIL测试与道路测试之间的测试空缺。与道路测试相比，BIL测试可最大限度减少对现场、环境和车辆的需求，优势明显。BIL和实车测试的优缺点如表1所示。

表01 不同测试方法的比较

其系统框架包括负载仿真、环境仿真、DUT和车辆仿真4个主要部分，如图2所示。在虚拟工作条件、虚拟道路和虚拟能源需求下，系统控制真实充放电系统。真实环境测试系统可轻松仿真各种真实路况并获取实验数据。

图02 电池在环测试系统框架

中国汽车技术研究中心专门实现了电池在环测试方案。如图3所示，整个系统配备了环境室、水冷却器、虚拟负载等设备，以实现电池在特定工作条件下的真实状态测试。其中，电池的虚拟负载既是充电桩，也是用于对电池包进行充放电的负载。主控系统通过CAN协议与电池虚拟负载、电池包环境仿真系统和BMS通信；BMS通过CAN协议实现快速充电功能。电池包冷却/加热系统主要实现电池的热管理功能，并通过以太网与主控系统连接，主要由LabVIEW进行控制。其中，车辆动力学模型和道路模型由CarMaker构建，其他策略算法模型使用MathWorks® MATLAB®软件和Simulink®软件构建。

该系统具有以下3个优点：

01 可轻松仿真各种真实路况和极端工作条件，大大减少实车测试的需求和时间。

02 精准回放实车数据，并有效地找到目标性能提升解决方案。

03 接口开放灵活，可适应各种车型需求。

图03 电池在环测试方案

以放电条件为例，BIL测试系统的主要测试步骤为：

配置与实车一致的CarMaker动力学参数、搭建虚拟道路，并设置目标车辆速度曲线。

控制充放电设备，将电池SOC调整到测试的初始值。

设置环境室温度，并将电芯温度调整至测试初始值。

设置水冷却器的温度和流量，并将电池水路循环调节至测试初始状态。

仿真实车交互以实现低压/高压上电。

通过CarMaker仿真获取放电能量需求。

控制放电设备对电池充放电，直至测试条件结束。

此外，通过BIL测试系统，可在接近实车的环境中，精确控制过充、过放、过流、过温等极端工作条件。充分验证安全目标，实现GB/T 39086-2020电动汽车电池管理系统功能安全要求的验证要求。

未来，中国汽车技术研究中心将继续：

专注于汽车工程应用技术的研发

为汽车企业及相关政府部门提供汽车性能工程开发、共性关键技术研发与验证测试以及相关政策和技术咨询服务

携手NI，为智能汽车企业和科研机构提供更优质的服务

提前布局，满足高水平自动驾驶功能的监管要求和实验室能力建设，引领汽车行业关键和共性技术进步