图1 专用电池电路和实际的BMS通过串行总线相连

高压电池中的电池管理系统（BMS）是电动动力系统中的关键组件。它能影响一辆汽车的行驶范围、性能和乘坐舒适性。因此，一个全面的系统测试是电池管理系统在任何运行环境中稳定运行的必不可少的先决条件。

现在的电池组主要是锂离子电池，并且需要有一些复杂的电池管理系统（BMS），而且该系统已经在汽车行业得到了广泛应用，它决定了汽车的安全性、性能和高压电池的寿命。BMS中有些模块是由多个电芯组成的，有的甚至高达120个，这些模块还被专用于电池电路监测（CSC），所有专用电池电路都和实际的BMS通过串行总线相连（见图1）。

对BMS的测试必须包括多个功能区，主要有汽车通信的主功能、电池状态的计算和每个电池或模块的低级别程式等，还有计算温度的环境程式和冷却控制，再加上安全相关的功能，如碰撞传感器、紧急制动或泄漏检测等。在实际进行测试时会受到各种各样的限制，例如，更改电池的充电状态（SOC）是一项很耗时的工作，它不仅给电池电芯带来负担，同时还消耗大量的能量。除此之外，测试还要考虑电池老化带来的影响，而且也很难有重现性。最后，现实中的电池也不可能在极端运行环境下做各种测试，无论电力很弱或很强，无论在给定的电池模块中还是电源包中，也无法得到所有电池单元变量的参数，许多边界测试或最坏情况测试更是很难直接控制且包含很多潜在的危险。

综上，HiL系统在电池管理系统的开发中起了很重要的作用。在它的帮助下，多种环境中的测试可以通过安全和有效的方式实现。这些环境包括外部和内部的短路、深度放电、过充、过载和热能不稳定，以及过热效应、老化和退化的影响。BMS的测试要求一套综合的程式，但并不是所有程式都能在现实的电池中得到。

在电池单元和信号层面的测试

在电动机的案例中，BMS也可以在两个层面进行测试，即电池单元层面测试和控制功能的测试。电池单元层面测试有助于对整个电池管理系统的验证，其中包括电池单元监测控制器，通过专门的硬件模拟电池组每个电池单元来实现。为了保证锂离子电池充电和放电曲线的平缓，电池管理系统就必须做到十分精确。为了满足这些极其精确的要求，我们设计的LABCAR能够对所有运行在0.7～5 V之间的状态保证+1 mV的精度。对于测试电池单元平衡算法，每个电池单元模块都能够处理输入输出达2 000 mA的电流，同时还可以对直流总线电容器进行预充电测试。强大的LABCAR HiL系统为电池管理系统应用建立了新的电池模型，它在电池单元和信号层面的测试使得整个测试过程更加高效。

至于控制功能的测试，在许多情况下可以省略单电池单元的模拟。取而代之的是，他们可以通过ETAS LABCAR-RTPC在信号层面进行模拟，结果可以通过总线直接被BMS测试。在信号层面的测试是一种理想高效的、能够在不用专门硬件的条件下测试多种功能的手段。

图2 高电压电池组及其控制部件简图

新的电池模型

在信号层面的测试需要拥有高精度和高性能的实时性的电池模型，这个模型也有利于先进平衡方法的发展，该方法包括对单个电池单元或整个电池单元簇的充电状态的评估。易特驰现在提供一种能满足上述所有需求的实时电池仿真模型。除了全面的电池单元模型，这种基于Simulink的仿真模型包括一个控制虚拟电池单元监管控制器逻辑模块（CSCS），它同样可以用于模拟平衡电流。电池单元模型基于一个能反映所有电池基本电气性能的替代模型（见图2）。我们可以根据需要选择串联电池单元的数量。

有了基于PC的RTPC，一个通常用于汽车的、拥有120个电池电芯的电池组可以在约50μs内完成计算模拟（英特尔酷睿2 Quad Q9 400内核；4×2.66 GHz主频）。电芯电压（无负载时）和充电状态的功能关系可以用来描述电池单元或电池组的静态行为。事实上，电池制造商通常都提供这种特性关系，使得模型参数的设置更加简单。

除此之外，当电池单元或电池组由不同的电流充电或放电时，仿真模型还反映了电池电压的动态特性。整个过程还要考虑电池单元电容和电阻的影响。电池组的每个电池单元的属性可以在不影响计算时间的情况下单独设置。因此每个电池单元的充电和放电特性都可能不同。这就打开了平衡算法或概率算法（如卡尔曼滤波）综合测试的大门，这样就可以得到特定产品的影响因素，以及每个电池单元的特性分布。

不同充电和放电电流的水平造成电池单元的发热，反过来又改变了依赖于温度的内部电阻，从而改变了电池单元的特性。为了使得模型能够反映出这部分影响，在模型的配置中还引入了热力学效应和热损失模型。这个热损失模型是考虑了自放电电流和电池单元基本化学反应，并且是基于实证方法的应用，能够把用户从各种参数中解脱出来，同时也考虑了所有重要的因素。

技术结合创新和专业知识，LABCAR已经是目前最强大的BMS的HiL测试系统和可靠性、综合性俱佳的强大工具。LABCAR开放式架构已转换为一种长期投资的保障。