Droga do skalowalnych testów BMS

Sponsorem jest dSPACE.

Systemy zarządzania bateriami (BMS) są wykorzystywane nie tylko w pojazdach elektrycznych produkowanych masowo. Służą teraz do zasilania lżejszych pojazdów elektrycznych, pojazdów sterowanych automatycznie, robotów mobilnych, wózków widłowych, dronów, narzędzi elektrycznych, urządzeń do przechowywania energii oraz innych zastosowań. Powszechnym wyzwaniem jest to, że nawet mniejsze zestawy baterii wymagają niezawodnego systemu zarządzania bateriami, a taki system musi zostać przetestowany w realistycznych, powtarzalnych i bezpiecznych warunkach, zanim będzie można mu zaufać w praktyce.

Na tym zróżnicowanym rynku BMS zespoły pracują obecnie z systemami niskiego i średniego napięcia, mniejszymi pakietami baterii, bardziej ścisłymi harmonogramami oraz mniejszą liczbą specjalistów od testowania. Nie zawsze od samego początku potrzebują w pełni dostosowanego, dużomasштабowego systemu BMS typu Hardware-In-the-Loop (HIL). Potrzebują wiarygodnego punktu wyjścia, który jest kompaktowy, ekonomiczny, szybki w wdrożeniu i jednocześnie umożliwia dalszą skalowalność.

dSPACE oferuje rozwiązania do symulacji i weryfikacji służące do rozwijania systemów połączonych, autonomicznych i napędzanych elektrycznie. W obszarze baterii obejmuje to symulację w czasie rzeczywistym, emulację napięcia ogniwa, symulację czujników temperatury, interfejsy komunikacyjne, automatyzację testów oraz modele baterii w skalowalnych środowiskach HIL. Celem jest testowanie BMS w realistycznym środowisku baterii, bez konieczności korzystania z fizycznego pakietu baterii na każdym etapie weryfikacji.

Dlaczego mniejsze systemy BMS nadal wymagają dokładnych testów

Mniejszy system BMS nie oznacza automatycznie prostego systemu. Nadal monitoruje napięcia i temperatury ogniw, szacuje poziom naładowania oraz stan zdrowia baterii, kontroluje procesy równoważenia napięć, zarządza kontaktorami lub relais, nadzoruje warunki prądu i izolacji oraz reaguje na awarie. Brak odpowiednich testów może prowadzić do problemów z dostępnością, przedwczesnego starzenia się urządzenia lub niebezpiecznej pracy.

Klasyczne testy na stanowisku do baterii obejmują tylko część problemów i mają trudności z zapewnieniem powtarzalności, wprowadzaniem awarii, testami regresji oraz symulowaniem dynamicznego zachowania baterii. Rzeczywiste baterie są powolne, drogie, mają ograniczone scenariusze awarii i stanowią ryzyko podczas testów skrajnych przypadków. Testy HIL zastępują fizyczny system baterii kontrolowaną symulacją w czasie rzeczywistym, przy jednoczesnym zachowaniu oryginalnego kontrolera BMS do testowania.

Dla mniejszych programów praktycznym pytaniem nie jest to, czy testy HIL są przydatne. Prawdziwe pytanie brzmi, jak rozpocząć testy HIL bez wprowadzania złożoności. Właśnie tu sprawdza się rozwiązanie dSPACE SCALEXIO Battery HIL – Essential.

SCALEXIO Battery HIL – Essential: Praktyczny punkt wyjścia

SCALEXIO Battery HIL – Essential został zaprojektowany jako podstawowa konfiguracja dla mniejszych zastosowań BMS. Jest przeznaczony do systemów o napięciu około 200 V, w tym lekkich pojazdów elektrycznych, narzędzi elektrycznych, robotów mobilnych, wózków widłowych, systemów transportu przemysłowego, rowerów elektrycznych, dronów oraz podobnych platform. Koncepcja ta skupia się na kompaktowym designie, standaryzowanej konfiguracji, krótkim czasie przygotowania kosztorysu, szybszych terminach dostawy oraz efektywnej pod względem kosztów architekturze w porównaniu z w pełni dostosowanymi systemami HIL.

Główną zaletą SCALEXIO Battery HIL – Essential jest to, że eliminuje bariery wejścia na rynek. Mniejsze zespoły często muszą najpierw zweryfikować podstawowe funkcje BMS: pomiar napięcia ogniwa, dane temperaturowe, szacowanie stanu, równoważenie napięć, logikę przełączników, komunikację, diagnostykę oraz wybrane reakcje na awarie. Na początku mogą nie potrzebować setek kanałów do obsługi ogniw, kilku zasilaczy wysokiego napięcia ani specjalnie dostosowanej szafy.

SCALEXIO Battery HIL – Essential oferuje uporządkowany sposób na rozpoczęcie pracy. Konfiguracja umożliwia obsługę do 64 kanałów napięcia ogniwa, napięcia systemowego do 200 V, konfigurowalnych kanałów czujników temperatury oraz pracę z zewnętrznym procesorem w czasie rzeczywistym dSPACE. Może być również łączony z modelami baterii ASM z zestawu dSPACE Automotive Simulation Models (ASM), co umożliwia realistyczne i powtarzalne zachowanie baterii od samego początku procesu walidacji.

W miarę rozwoju systemów baterii rozwijają się również systemy testowe. Większe programy BMS zazwyczaj wymagają wyższych napięć systemowych, większej liczby kanałów komórek, bardziej zaawansowanej symulacji temperatury, dodatkowych interfejsów prądowych i izolacyjnych, źródeł wysokiego napięcia, mechanizmów wprowadzania awarii, infrastruktury bezpieczeństwa oraz wielu sieci komunikacyjnych. Właśnie w takich sytuacjach przydają się z góry skonfigurowane i dostosowywalne systemy HIL SCALEXIO Battery od dSPACE.

Systemy HIL SCALEXIO Battery od dSPACE łączą modele baterii ASM z wysokodokładną emulacją komórek baterii. Symulator może odwzorowywać napięcia komórek, czujniki temperatury, napięcie całej baterii, zachowanie czujników prądu, sterowanie przełącznikami, sygnały związane z izolacją oraz interfejsy komunikacyjne w środowisku zamkniętego obwodu. Inżynierowie mogą weryfikować działanie BMS na podstawie realistycznego zachowania komórek baterii, bez konieczności używania rzeczywistej baterii podczas każdego testu.

Konfiguracje z góry określone oraz w pełni dostosowane przeznaczone są do zadań testowych, takich jak testy wersji produkcyjnych, integracja systemów, walidacja związana z bezpieczeństwem, testy regresji oraz złożone architektury pakietów. Systemy prekonfigurowane mogą obsługiwać większą liczbę kanałów i klasy napięcia, natomiast systemy dostosowane mogą być przygotowane pod konkretne topologie baterii, koncepcje bezpieczeństwa, interfejsy elektryczne, funkcje diagnostyczne oraz wymagania automatyzacyjne klienta.

Jest to istotne, ponieważ proces walidacji BMS rzadko pozostaje nieruchomy. Projekt może rozpocząć się od prostych algorytmów, przechodzić do integracji sprzętowej, rozwijać się w kierunku obsługi awarii, dodawać elementy automatyzacji, a następnie łączyć wyniki walidacji w ramach procesów typu software-in-the-loop (SIL) oraz hardware-in-the-loop (HIL). Podejście skalowalne umożliwia zespołom ponowne wykorzystanie modeli, przypadków testowych, zasobów automatyzacyjnych oraz wiedzy inżynieryjnej w miarę rozwoju projektu.

Wirtualizacja kontrolera komórki: testowanie na poziomie sygnału

Wirtualizacja kontrolera komórki (CCV) przenosi całą lub część funkcji kontrolera komórki do symulacji HIL. Zamiast fizycznie emulować każdy sygnał wejściowy do rzeczywistego sprzętu kontrolera komórki, symulator dostarcza izolowaną interfejs komunikacyjny wymagany przez kontroler BMS. Jest to przydatne, gdy kontrollerzy komórki są niedostępne, gdy głównym przedmiotem testów jest kontroler BMS lub gdy pełna emulacja komórki wysokiego napięcia wprowadziłaby niepotrzebną złożoność. Dzięki temu przyspiesza się wczesne testowanie kontrolera BMS, jednocześnie zmniejszając zależność od dostępności sprzętu.

Rola automatyzacji baterii i testów ASM

Sam sprzęt nie wystarcza. Silne środowisko testowe BMS wymaga modelu baterii, który zachowuje się wiarygodnie w zmiennych warunkach poziomu naładowania, temperatury, prądu, równoważenia i topologii. Model symulacji samochodowej (ASM) Battery dostarcza modeli w czasie rzeczywistym opisujących zachowanie napięcia i temperatury poszczególnych ogniw, struktury pakietów/modułów/stosów oraz parametryzowane topologie baterii. Algorytmy BMS reagują na trendy, nierównowagi, kwestie czasowe, komunikację i usterki – a nie tylko na wartości statyczne. Ponieważ modele te są zintegrowane ze środowiskiem testowym dSPACE, inżynierowie mogą korzystać z tej samej bazy modelowania i weryfikacji na różnych etapach testów oraz przy różnych konfiguracjach systemu.

Dzięki automatyzacji testów inżynierowie mogą przekształcić te scenariusze w powtarzalne narzędzia walidacyjne. Mogą regularnie przeprowadzać testy niskiego i wysokiego napięcia, testy równowagi, testy przednaładowania, sprawdzanie komunikacji, scenariusze temperaturowe oraz reakcje na awarie. Korzyści biznesowe są większe niż znalezienie pojedynczego błędu w laboratorium – chodzi o wykrywanie regresji, dokumentowanie wyników oraz zmniejszenie ilości ręcznej pracy w laboratorium.

Strategia testów skalowalna, a nie zakup jednorazowy

Aргументem na rzecz systemu SCALEXIO Battery HIL – Essential nie jest tylko jego mniejszy rozmiar. Dostarcza on zespołom praktycznego punktu wyjścia. W przypadku nowo powstających zastosowań baterii ryzykiem jest często stworzenie środowiska testowego, które albo jest zbyt ograniczone, by być przydatne, albo zbyt rozległe, by uzasadnić jego użycie. SCALEXIO Battery HIL – Essential oferuje rozwiązanie pośrednie: wystarczające możliwości do skutecznej weryfikacji BMS, odpowiedni poziom standaryzacji zmniejszający trudności oraz wystarczające połączenie z ekosystemem dSPACE, by uniknąć ślepej uliczki.

Stamtąd zespoły mogą przechodzić do z góry określonych lub dostosowanych systemów SCALEXIO Battery HIL w miarę wzrostu klasy napięcia, liczby ogniw, wymagań bezpieczeństwa, stopnia automatyzacji oraz zakresu integracji. Mogą również korzystać z wirtualizacji kontrolerów ogniw, gdy testy na poziomie sygnałów są lepszym rozwiązaniem, szczególnie podczas wczesnej walidacji kontrolerów BMS lub w architekturach, gdzie integracja fizycznych kontrolerów ogniw wprowadziłaby niepotrzebną złożoność.

To jest prawdziwe znaczenie testowania skalowalnych systemów BMS. Nie chodzi tu tylko o dodawanie kanałów, lecz o wybór odpowiedniego poziomu abstrakcji, głębokości sprzętowej, dokładności symulacji oraz strategii automatyzacji dla każdego etapu rozwoju. SCALEXIO Battery HIL – Essential stanowi punkt wyjścia. Z góry zdefiniowane oraz dostosowywalne systemy SCALEXIO Battery HIL HIL umożliwiają dalszą ekspansję. Technologia CCV zapewnia elastyczność przy weryfikacji na poziomie sygnałów. Razem dają one zespołom inżynieryjnym praktyczne narzędzie do testowania systemów zarządzania bateriami, od pierwszej kompaktowej konfiguracji laboratoryjnej aż po pełnowymiarową weryfikację.

Komentarz

Stwórz konto. Jesteś już zarejestrowany? Zaloguj się

Wirtualna konferencja na temat inżynierii pojazdów elektrycznych: dostępna bezpłatnie

Nie przegap naszej kolejnej wirtualnej konferencji od 14 do 17 września 2026 roku.

Zarejestruj się na poniższe bezpłatne sesje webinarych, aby zarezerwować sobie miejsce i oglądać je na żywo lub według własnego wyboru.

ŁADUJ WIĘCEJ SESJI