验证、验证和测试的电池管理系统,电池管理系统。第9部分:半实物仿真技术
从系列:验证、验证和测试的电池管理系统
这个视频演示了如何使用仿真软件金宝app®,Simscape™、仿真金宝app软件实时™和Speedgoat实时系统进行半实物(边境)仿真验证和测试电池管理系统(BMS)。为所有操作和故障场景测试实际的BMS耗费的时间,你可能会发现很难行使BMS的所有条件。系统级建模与仿真软件和Simscape让你模拟电池组的金宝appBMS控制算法和行为模式。从这个系统模型,您可以生成C代码的控制算法和电池组模型,您可以部署到一个微控制器和一个边境实时系统,分别。
当你看到这个视频中,您将了解如何:
- 配置您的系统模型,选择正确的模拟解算器
- 选择正确的电池动力水平达到实时行为
- 使用电池,热,和故障仿真器卡作为仿真系统的一部分
- 测试条件的BMS软件在一个范围使用仿真系统
(边境部分)
在本节中,我们将仔细观察hardware-in-loop电池管理系统的测试。
广泛的端到端测试的电池管理系统,包括所有可能的故障条件下,需要确保系统按预期的行为。
做这种类型的电池管理系统的测试可能非常耗时。例如,在您开始测试之前充电模式功能,您必须适当放电的电池组充电状态的水平。
测试一个完整的充电和放电周期为一个典型的电动汽车电池组需要时间。我们谈论的是天的测试当我们包括温度、不同操作条件的状态,和其他参数。
此外,设计问题和故障条件可以繁殖困难,涉及安全方面的考虑。
在做测试与实际细胞,实现测试自动化,测试序列,和报告生成可以非常昂贵,需要大量的资源,尤其是当有许多测试设备。
做广泛的测试和一个实际的电池组需要最终系统集成测试和功能测试。但它没有意义去做这种类型的测试每一个软件修改或设计迭代。
实现高信心在你设计迭代的方法之一是通过测试BMS控制器和电子模拟电池组。该方法的测试一个真正的实时控制器对模拟植物模型被称为“hardware-in-loop”测试。
在边境测试中,我们从植物的电池组模型开始。这是你可能用于测试该模型BMS算法在桌面模拟。
接下来,我们从电池模型生成c代码和编译到一个实时应用程序的部署和执行在实时的专用实时目标计算机。
这一目标计算机必须需要外设将数值转换为电池电压和温度等物理信号。我们连接外设的实时计算机与BMS控制器执行闭环测试。
代替实际的电池组和一个可编程的,我们现在可以执行端到端测试软件和电子产品更有效和安全。
现在,有一些事情我们需要照顾之前我们可以做边境测试BMS控制器。
首先,我们需要运行的大型网络模型实时细胞步骤BMS控制器所需的时间。
对于最常见的电池应用程序,BMS算法得到执行在100赫兹到500赫兹之间。执行我们的电池工厂实时模型1 khz不仅仅是满足边境测试。如果你的电池有少于50个细胞串联,实现所需的时间步可以简单。
第二个挑战是与硬件有关。因为我们想模仿的电气行为电池,我们需要方法产生隔离电压和可以连接在串联或并联配置,就像实际的细胞。此外,您将需要温度传感器模拟和故障模拟。
了解我们如何解决第一个挑战在仿真软件中,让我们看看一个例子模型。金宝app
在这里,我们有一个电池模型与16个电池模块,每个6细胞串联连接,使其总串联的96个细胞。每个电池块模型电和热性能。我们使用受控电流源电池组的充电和放电。最后,个别电池电压、温度、电流,和包电压测量和BMS控制器。
从桌面模拟实时测试的第一步是选择一个正确的固定步求解器进行求解。这通常是一个迭代的过程,我们不会到细节在这个网络研讨会。
相反,我建议你访问这个专用的网络研讨会的主题“实时仿真的物理系统使用Simscape。”
以下描述的步骤在这个网络研讨会后,我们选择一个Local-Solver Simscape网络,和确定数量的一致性迭代是1。这些解算器设置1 ms步骤产生预期的结果的时间。
我们也注意到某些拓扑中,“分区”通过减少成本计算模拟解算器提高了性能。这有助于更快地实现模拟利率为桌面仿真和实时测试。分区求解转换整个方程组附加Simscape网络分成几个小套切换连接通过非线性函数的线性方程组。计算成本降低,因为它是更高效的几个较小的方程来计算解决方案系统比一个大型方程组的计算解决方案。金宝搏官方网站
现在,解算器名称“分区”可能会导致一些混乱。这样很明显,分区求解不分区模型。分区求解器将不允许您将模型和多核处理器上运行。还有其他的方法做到这一点。金宝app仿真软件实时自动利用多核处理器的默认情况下当它是可能的。
接下来,让我们继续我们的电池模型实时执行。
由于时间关系,我已经构建和部署应用程序的目标计算机点击Build按钮。在目标对象,我们可以注意到应用程序部署到目标机器的名称,应用现状,样品时间,和其他有用的调试信息。
让我们开始目标计算机上的应用程序的执行。虽然模拟进展,我们可以观察到我们感兴趣的信号和调优参数。
这个模拟只有10秒长。一旦结束,我们可以检查如果目标计算机能够执行模型所需的样本1毫秒的时间。
通过检查目标对象,我们可以注意到,没有CPU过载模型执行,期间报告和最大任务执行时间(春节)是在1毫秒。这给了我们足够的保证金为未来的增长模型。
当您添加更多的复杂性和细节的模型,很有可能,你可能无法实现所需的样品时间通过选择正确的解决。在这种情况下,特定于电池建模,你有几个选择,你可以考虑。
第一个选项是选择一个正确的电池块的变体。在这里,你可以发现通过选择较低的一个变体忠诚,你可以很容易地获得10倍减少任务执行时间。
另一个选择是选择低阶动态电池。这也有助于大幅减少任务执行时间。这增加的性能来自保真度降低。
现在,如果你的模型复杂性较低或系列的电池数量小于50岁,很有可能你不需要做任何的优化来实现任务执行时间小于1毫秒。
正如我们前面所讨论的,做的第二个重要方面边境BMS应用程序测试是模拟传感器信号和传感器故障。
对于模拟电池电压,Speedgoat提供电池模拟器卡IO991-06。每个电池模拟器卡提供6孤立的渠道。每个通道可以供应7 v,这使我们能够模拟不同的细胞化学。另外,每个通道可以源300 mA和水槽100 mA。同时,可以结合多个I / O模块串联或并联来实现所需的功率。
除了电池电压仿真,我们需要温度传感器模拟卡和故障插入卡完成BMS边境设置。Speedgoat为温度传感器模拟器提供了各种选项卡和故障插入。
在我们的演示中,我们只有IO991用于电池电压仿真。
现在,我们来看看现场演示BMS边境测试。
我们开始与一个测试模型,它允许我们模拟电池并生成故障场景。
在这个测试模型,我们有一个6芯的小电池串联连接。模拟故障,我们添加了一个开关,允许我们短的两个细胞终端没有任何真正的物理结果和测试控制器的响应。我们使用交互式地拨动开关块注入故障。
一个受控电流源块用来模拟充电或者放电电流的帮助下一个滑块。对细胞进行诊断,我们测量两个细胞终端之间的电压。
测量电池电压值送入IO991块,将这些数值转换成电隔离电压每单个电池有关。
IO991-06卡的输出终端连接到电子板在后台你看到这里,这使得细胞的物理测量电压和百时美施贵宝的信息通信控制器,在本例中是一个德州仪器控制器。
BMS控制器上执行诊断电池电压和生成一个故障状态的情况下,两个终端之间或欠压故障或短。在这种情况下,百时美施贵宝控制器打开了在发生任何故障,输出一个数字输出端口上的地位。
我们从BMS读取故障状态控制器使用数字输入IO133港检查控制器逻辑是否按要求执行。
现在,让我们继续,连接到目标机器。
实时执行这个模型,我们可以改变当前一直到10安培,以检查任何过电压故障或-10安培,以检查任何欠压故障从控制器。
我们没有看到任何故障。我们注入短路故障时,可以立即通知控制器董事会LED发光模型中也看到我们的灯改变颜色从绿色到红色,说明控制器有故障。
让我们看看整个实验的结果在模拟数据检查员。我们可以注意到微小的变化在细胞电压由于电流的变化。其中一个电池电压大幅下降引发故障,并看到相应的故障状态的变化。
在本课程中,我们演示了如何创建大型系统级模型设计和测试BMS快速算法,从不同的领域,如电力和工程师,软件,和热可以使用仿真软件作为一个通用设计平台合作。金宝app我们还讨论了不同的方法来运行大型电池模型进行实时hardware-in-loop测试。最后,我们演示了如何建立边境测试BMS应用程序,以及它如何可以帮助您获得更多的信心,电池管理系统的设计。
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