Шлях до масштабованих тестувань BMS

Спонсорується dSPACE.

Системи керування акумуляторами (BMS) використовуються не лише у електромобілях великої кількості. Тепер вони живлять легкі електромобілі, автоматизовані транспортні засоби, мобільних роботів, вантажні підйомники, дрони, електринструменти, стаціонарні системи зберігання та інші пристрої. Загальною проблемою є те, що навіть менші акумуляторні блоки все одно потребують надійної системи керування, і що така система мусить пройти тестування в реалістичних, повторюваних та безпечних умовах, перш ніж її можна буде використовувати на практиці.

У цьому різноманітному ринку BMS команди тепер працюють із системами низької та середньої напруги, меншими батарейними пакетами, суворішими термінами та меншою кількістю спеціалізованих інженерів з тестування. Їм не завжди потрібна повністю індивідуалізована, великомасштабна система BMS Hardware-In-the-Loop (HIL) вже з самого початку. Їм потрібна надійна вихідна точка, яка є компактною, економічно ефективною, швидко впроваджуваною та при цьому дозволяє розширювати її функціонал.

dSPACE пропонує рішення для симуляції та перевірки для розробки з’єднаних, автономних та електрично приводжених систем. У сфері акумуляторів це включає симуляцію в реальному часі, емуляцію напруги елементів батареї, симуляцію датчиків температури, інтерфейси зв’язку, автоматизацію тестування та моделі акумуляторів у масштабованих середовищах HIL. Метою є тестування BMS у реалістичному середовищі акумулятора без необхідності використання фізичного батарейного пакета на кожному етапі перевірки.

Чому навіть менші програми BMS все одно потребують ретельних тестів

Менший BMS не означає автоматично простішого BMS. Він все одно відстежує напруги та температури елементів, оцінює рівень заряду та стан справності, керує процесом балансування, керує контакторами чи реле, контролює умови струму та ізоляції, а також реагує на несправності. Відсутність перевірки може призвести до проблем з доступністю, передчасного старіння чи небезпечної роботи.

Традиційні тести батарейних блоків на стенді охоплюють лише частину проблеми, але мають труднощі з досягненням повторюваності, введенням несправностей, тестуванням на регресію та динамікою поведінки батареї. Справжні батарейні блоки працюють повільно, є дорогими, мають обмежену кількість сценаріїв несправностей та є ризикованими для тестування крайніх випадків. Тести HIL замінюють фізичну батарейну систему на керовану симуляцію в реальному часі, зберігаючи при цьому справжній контролер BMS під тестуванням.

Для менших програм практичне питання полягає не в тому, чи є корисним тестування HIL. Справжнє питання — як розпочати тестування HIL без додавання складності. Саме тут ідеально підходить dSPACE SCALEXIO Battery HIL – Essential.

SCALEXIO Battery HIL – Essential: практичний вхідний пункт

SCALEXIO Battery HIL – Essential розроблений як початкова конфігурація для менших застосувань BMS. Він призначений для систем класу приблизно 200 В, зокрема для легких електромобілів, інструментів, мобільних роботів, вантажних підйомників, промислових транспортних систем, електровелосипедів, дронів та подібних платформ. Концепція ґрунтується на компактному дизайні, стандартизованій конфігурації, короткому циклі підготовки кошторису, швидших термінах поставки та економічно ефективній архітектурі порівняно з повністю індивідуалізованими системами HIL.

Основною перевагою SCALEXIO Battery HIL – Essential є те, що вона усуває бар’єри для початку роботи. Невеликі команди часто спочатку мають необхідність перевірити основну поведінку BMS: вимірювання напруги елементів, вхідні дані про температуру, оцінку стану, балансування, логіку реле, комунікацію, діагностику та вибрані реакції на несправності. Їм може не знадобитися сотні каналів для елементів, кілька джерел високої напруги чи сильно налаштована стійка з самого початку.

SCALEXIO Battery HIL – Essential пропонує структурований підхід для початку роботи. Конфігурація підтримує до 64 каналів вимірювання напруги елементів акумулятора, системну напругу до 200 В, канали датчиків температури з можливістю налаштування, а також роботу з зовнішнім процесором реального часу dSPACE. Його також можна поєднувати з моделями акумуляторів ASM із набору dSPACE Automotive Simulation Models (ASM), що дозволяє отримати реалістичну та відтворювану поведінку акумулятора вже з початку процесу верифікації.

У міру зростання систем акумуляторів розвиваються також системи їх тестування. Більш складні програми керування акумуляторами зазвичай вимагають вищої напруги системи, більшої кількості каналів для вимірювання елементів акумулятора, більш детальної імітації температури, додаткових інтерфейсів для вимірювання струму та ізоляції, джерел високої напруги, можливості створення несправностей, інфраструктури безпеки та кількох мереж комунікації. Саме тут стають корисними заздалегідь визначені та налаштовані системи dSPACE SCALEXIO Battery HIL.

Системи dSPACE SCALEXIO Battery HIL поєднують моделі акумуляторів ASM із високоточною імітацією окремих елементів акумулятора. Симулятор може відтворювати напруги елементів, датчики температури, напругу всього акумулятора, поведінку датчиків струму, керування реле, сигнали, пов’язані з ізоляцією, та інтерфейси комунікації в умовах замкнутого циклу. Інженери можуть перевіряти ефективність систем керування акумуляторами, враховуючи реалістичну поведінку елементів акумулятора, без необхідності використання справжнього акумуляторного блоку для кожного тесту.

Заздалегідь визначені та повністю налаштовані конфігурації призначені для тестування різних сфер, зокрема тестування версій продукту, інтеграції систем, перевірки безпеки, тестування на регресію та складних архітектур пакетів. Заздалегідь налаштовані системи можуть підтримувати більшу кількість каналів та класи напруг, тоді як налаштовані за індивідуальними потребами системи можуть бути адаптовані під специфічні для клієнта топології акумуляторів, концепції безпеки, електричні інтерфейси, системи діагностики та вимоги до автоматизації.

Це має велике значення, оскільки процес перевірки BMS рідко залишається незмінним. Проект може починатися з базових алгоритмів, переходити до інтеграції апаратного забезпечення, розширюватися за рахунок обробки несправностей, додавати елементи автоматизації, а потім поєднувати результати перевірок у рамках робочих процесів з використанням програмного та апаратного моделювання. Масштабований підхід дозволяє командам повторно використовувати моделі, тестові випадки, засоби автоматизації та інженерні знання у міру розвитку проекту.

Віртуалізація контролера клітини: тестування на рівні сигналу

Віртуалізація контролера клітини (CCV) переміщує всю або частину функцій контролера клітини до симуляції HIL. Замість фізичної імітації кожного вхідного сигналу клітини у справжнє обладнання контролера клітини, симулятор забезпечує ізольований інтерфейс комунікації, який потрібен контролеру BMS. Це корисно, коли контролери клітини недоступні, коли основною метою тестування є контролер BMS, або коли повна імітація високовольтних клітин призведе до зайвої складності. У результаті це допомагає прискорити раннє тестування контролера BMS, зменшуючи залежність від наявності обладнання.

Роль автоматизації тестування акумуляторів ASM

Лише апаратне забезпечення недостатнє. Для ефективного тестування BMS потрібна модель акумулятора, яка буде надійно функціонувати за змінних умов рівня заряду, температури, струму, балансування та топології. Автомобільні моделі симуляції (ASM) для акумуляторів забезпечують моделі в реальному часі для опису напруги та теплової поведінки окремих елементів, структур пакетів/модулів/стеків, а також параметризованих топологій акумуляторів. Алгоритми BMS реагують на тенденції, дисбаланси, часові фактори, проблеми з комунікацією та несправності – а не лише на статичні значення. Оскільки ці моделі інтегровані в середовище тестування dSPACE, інженери можуть використовувати одну й ту саму основу моделювання та перевірки на різних етапах тестування та з різними конфігураціями системи.

Завдяки автоматизації тестування інженери можуть перетворити ці сценарії на повторювані засоби перевірки. Вони можуть послідовно проводити тести на недостатню та надмірну напругу, тести балансування, тести попереднього заряджання, перевірки комунікації, сценарії температурних умов та реакцію на несправності. Економічна доцільність полягає не лише у виявленні однієї помилки в лабораторії, а й у виявленні регресій, документуванні результатів та скороченні кількості ручної роботи на тестових стендах.

Масштабувана стратегія тестування, а не одноразова покупка

Аргумент на користь системи SCALEXIO Battery HIL – Essential полягає не просто у її меншому розмірі. Вона надає командам практичну відправну точку. Для нових застосувань акумуляторів існує ризик створення тестового середовища, яке або занадто обмежене для ефективної роботи, або занадто велике для обґрунтованого використання. SCALEXIO Battery HIL – Essential пропонує компроміс: достатню потужність для значущої перевірки BMS, достатню стандартизацію для зменшення труднощів та достатнє підключення до екосистеми dSPACE, щоб уникнути глухого кута.

Звідти команди можуть переходити до заздалегідь визначених або індивідуально налаштованих систем SCALEXIO Battery HIL у міру зростання класу напруги, кількості елементів, вимог до безпеки, рівня автоматизації та обсягу інтеграції. Вони також можуть використовувати віртуалізацію контролерів елементів, коли тестування на рівні сигналів є кращим варіантом, особливо під час початкової перевірки контролерів BMS або в архітектурах, де інтеграція фізичних контролерів елементів додала б зайву складність.

Це і є справжній зміст тестування BMS із можливістю масштабування. Йдеться не лише про додавання каналів. Йдеться про вибір правильного рівня абстракції, глибини апаратного забезпечення, точності моделювання та стратегії автоматизації для кожної фази розробки. SCALEXIO Battery HIL – Essential є відправною точкою. Заздалегідь визначені та налаштовані системи SCALEXIO Battery HIL забезпечують можливості для подальшого розширення. CCV надає гнучкість для перевірки сигналів на рівні передачі даних. Разом вони дають інженерним командам практичний спосіб тестування систем керування акумуляторами — від першої компактної лабораторної установки до повномасштабної перевірки.

Коментар

Створіть обліковий запис. Вже зареєстровані? Увійдіть

Віртуальна конференція з інженерії електромобілів: вхід безкоштовний

Не пропустіть нашу наступну віртуальну конференцію 14–17 вересня 2026 року.

Зареєструйтесь на безкоштовні вебінари нижче, щоб забронювати своє місце та переглянути їх у прямому ефірі або за потреби.

Завантажити більше сеансів