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金康动力KBMS软件如何实现高可靠性应用?

电动新视界

10月前浏览3773

金康动力HIL硬件在环测试在BMS软件开发过程较早的进行测试，以更及时地发现设计错误，减少修正成本以及对上市时间的影响，最终实现KBMS软件的高可靠性，本文将对金康动力HIL硬件在环测试进行简单的讲解。

图1 系统结构图

图2 系统布置图

1. 金康动力BMS的HIL测试台架原理及组成

BMS的HIL测试原理主要是通过虚拟的电池仿真模型来取代真实的电池，虚拟的整车模型，充电机模型等代替实际的车辆，实际的充电机等，采用真实的控制器，来模拟实际整车，采用上位机测试软件控制仿真模型模拟的BMS信号通过I/0，D/O等板卡输入输出给BMS，来对BMS控制器的控制策略进行测试，其原理图如下图3所示.

金康动力BMS的HIL测试台架主要包括两大部分组成：硬件设备和软件。硬件部分主要有：上位机（PC）, PXI机箱、处理器板卡、数据采集板卡、CAN卡、电池模拟器、高压仿真单元、程控高压电源和程控低压电源以及I/O接口、断路测试单元、电阻模拟单元和故障注入单元等。

图3 BMS的HIL测试原理图

高压仿真单元：

可以模拟预充电过程，预充电电阻程序可程控切换，预充电时间可以多档程控切换，模拟的充电时间（3τ）范围广，步进时间短。

SPI菊花链仿真板卡：

可以模拟SPI菊花链通讯的分板数1—20个，用户可以根据不同项目所使用的具体分板个数和每个分板采集的电池单体个数进行配置输出电压、电流和温度等信息，可以仿真菊花链内部通讯故障。

绝缘电阻仿真板卡：

可控电阻模拟范围广，具有过流保护功能，可以承受上千伏高压，满足整车上所有电阻模拟。

程控高压电源和程控低压电源

可通过上位机测试软件控制高压低压的输出，程控高压电源的电压和电流采集精度高，满足高精度可靠性测试要求，且支持USB\RS232\CAN\GPIB接口。

实时仿真系统：

采用NI PXIe-8135处理器，该处理器特点为：高带宽PXI Express嵌入式控制器，具有高速系统带宽和插槽带宽, 可以执行面向NI LabVIEW Real-Time 2012版本或更高版本的应用程序的终端，具有多个SuperSpeed USB端口，多个高速USB端口和千兆以太网端口、GPIB、串口.

软件部分主要包括测试上位机软件Veristand, Teststand，MATLAB等其它软件。其中软件中包含BMS控制器控制策略相对应的整车模型、电池模型，充电机模型等。

系统基于 NI 平台软件进行上位机管理和实验测试，通过Veristand,配置参数，映射信号，搭建测试输入输出接口界面，显示测试输出果，Teststand编写测试序列，实现自动化测试。通过MATLAB Simulink建立整车电池仿真模型和部分充放电控制策略模型等以实现HIL测试，如下图4和图5所示：

图4. Veristand测试界面

图5. Simulink实时仿真模型

2. 金康动力BMS的HIL测试台架总体架构设计

BMS HIL测试系统整体架构主要包含三层内容，第一层次为 HIL 测试系统软硬件架构，主要包括 HIL测试系统的硬件设备、实验管理软件、被测控制器等；第二层次为HIL测试系统开发，在第一层次软硬件架构的基础上进行被测对象仿真模型开发、实时 I/O 接口匹配、硬线信号匹配及实验定义等；第三层次为 HIL 测试，主要指在第一、二层次的基础上进行 HIL 测试，主要包括测试序列开发、激励生成加载、模型参数调试、故障模拟实现及测试分析与评估等。系统整体架构如下图6所示：

图6.BMS HIL 测试系统整体架构

金康动力BMS的HIL台架具有以下特点：

可靠性：NI PXI模块化硬件在自动化测试领域被广泛应用，产品质量可靠、稳定；
灵活性：HIL系统是一种通用实时仿真平台，用户完成一种产品的设计和测试后，还可以用它进行其他新产品的开发或实时仿真测试，同时支持多机联合仿真，系统中软硬件设备采用模块化设计，集成度高、扩展性好，便于维修及更换。
开放性：基于配置的实验管理软件，支持多领域仿真软件和常用编程工具的输出物（MATLAB/Simulink、 AMESim、 Cruise、 SimulationX、 C/C++、 Modelica、 Python等）的导入导出，并可用于HIL测试；同时系统软硬件预留接口，具备可扩展性，可以通过调整使纯电动汽车电控系统各个部分如VCU、 BMS、 MCU等测试系统进行升级和联合调试；
高效性：基于配置的专业实时测试与仿真软件，无需编程知识，用户在几分钟之内就可以完成模型的修改、代码生成及下载等工作，从而方便地从非实时的分析设计过渡到实时的分析设计，避免复杂的代码修改和重新测试，极大的节省时间和费用。

3. 金康动力BMS的HIL测试总体流程

金康动力KBMS的HIL的测试流程主要分为如下四大步：

第一步：收集KBMS的测试依据，测试输入文档包括KBMS的软硬件设计说明书，KBMS系统需求，行业和企业相关标准等；
第二步：测试需求分析，根据输入文档，分析HIL测试要验证的功能点，即为测试需求。测试需求的提取对测试质量非常重要，因为它直接影响到一个项目是否“漏测”，覆盖度的完整性，因此，金康动力KBMS测试人员组织相关开发负责人对测试需求进行评审。
第三步：测试设计，即根据提取的测试需求，设计测试用例和测试数据；使用边界值分析，等价类划分，状态图等测试方法来设计测试用例，并根据具体KBMS设计情况选择测试数据，以求覆盖所有的测试点。测试用例和测试数据最终通过评审确定。
第四步：步是测试环境搭建，测试脚本的开发和执行，结果反馈，修复BUG，回归测试等。开发自动测试脚本，使其能够重复测试，提高测试效率，整个测试流程中每一步骤都保持双向追踪，从而确保测试质量和覆盖度。

金康动力KBMS的HIL测试采用真实传感器采集真实信号作为输入，可以极大地模拟真实的实车环境和极端条件下的测试模拟以及各种异常操作模拟测试，针对系统需求，测试覆盖度基本可以达到100%，基本实现系统需求全覆盖。经过多轮HIL测试后，软件质量不断得到优化提升。软件只要发生变更都需经过HIL测试，测试通过后才释放客户，使KBMS的软件更加可靠，赢得用户的信赖。

4．结论：

金康动力设计的BMS HIL硬件在环测试系统可以减少纯电动车或混合动力车电池测试相关的费用和风险。该系统也提供测试环境，包括电池槽电压、电流和温度，这些很难共同设置的环境。另外，应用NI产品可以提高硬件可靠性并减少系统开发时间，降低开发成本。通过应用LabVIEW和LabVIEW仿真接口工具包，我们快速实现了用户界面和使用了Simulink中的应用电池模型。通过NI TestStand，能配置许多测试案例和测试脚本，可以得出具有可读性的BMS性能评估和简化的自动测试方案，极大提升测试效率。

全文完~

来源：电动新视界