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基于電池模擬器的 EV 動力系統(tǒng)檢測方法 

     隨著世界各國禁售燃油車時間表的公布以及汽車電氣化的加速發(fā)展，新能源汽車成 為各國政府重點推進(jìn)和扶持的產(chǎn)業(yè)，以擺脫對石油的依賴，同時解決環(huán)境污染等問題。 然而，在改革的同時，汽車工程師也面臨著新的測試挑戰(zhàn)。新能源汽車使用的電力電子 器件大約是傳統(tǒng)燃油車的三倍，如何滿足新能源汽車高壓大功率測試，以及如何驗證純 電動推進(jìn)系統(tǒng)的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能，成為工程師首要關(guān)注的問題，ITECH 為工程師提 供全新的動力系統(tǒng)測試解決方案----高速，高壓，高功率，高性能。 一、何為純電動車的動力系統(tǒng)？ 相比較傳統(tǒng)燃油車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，純電動車動力系統(tǒng)（EV Powertrain System）主 要由動力電池、電動機(jī)和減速器構(gòu)成。純電動車取消了燃油發(fā)動機(jī)裝置，使用動力電池 作為整車的動力源，通過電機(jī)控制器驅(qū)動電機(jī)運轉(zhuǎn)，電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩再經(jīng)過減速器帶動 車輪前進(jìn)或后退。并且當(dāng)車輛剎車時，制動能量反向給動力電池充電，以延長續(xù)航里程。 因此本質(zhì)上，純電動車的動力系統(tǒng)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；而傳統(tǒng)燃油車則是將化 學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。不同的工作原理，也增加了純電動車動力系統(tǒng)的驗證難度。汽車工 程師首要面臨的是高壓大電流的接線以及操作方面的安全性問題；另一方面，使用真實 的動力電池測試，存在測試效率低及電池爆炸等風(fēng)險。所以，顯而易見，若使用電池模 擬器替代真實的動力電池，將對汽車工程師研究電推進(jìn)動力系統(tǒng)的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能 具備重要的意義。 二、純電動動力系統(tǒng)的測試新挑戰(zhàn)？ 純電動車的續(xù)航里程以及充電時長一直是各大新能源廠家重點攻克的難題。除了提 升整車的傳動轉(zhuǎn)換效率，選擇能量密度和功率密度更高的動力電池，不僅能讓整車輕便， 同時又增加了續(xù)航里程。而實驗室中，工程師通常需要在車輛未定型之前，驗證不同類 型的動力電池與關(guān)鍵零部件之間的匹配性，以及仿真電池在不同環(huán)境下對動力系統(tǒng)的性 能影響，這也成為當(dāng)下整個行業(yè)亟待解決的測試難題。 縱觀目前的新能源車發(fā)展趨勢，純電動車的動力系統(tǒng)性能測試主要面臨三方面的挑 戰(zhàn)：

1) 高壓大功率的發(fā)展趨勢純電動車的電池功率和電壓等級有從 300V/400Vdc 發(fā)展為 800V/1000V 的趨勢。高壓系統(tǒng)可以縮短充電時間，同時減少內(nèi)部布線的總面 積。目前多數(shù)的新能源廠家如典型的特斯拉，其 Model 3 動力電池電壓為 350Vdc， 容量為 230Ah，而保時捷的 Taycan 和 Aston Matin 的電動超跑則采用 800V 的動力電 池結(jié)構(gòu)，號稱 20min 充滿 80%電量。 汽車工程師在選擇電池模擬器時，可能需要同時考慮兩種電壓等級的存在，并考慮 電池功率越來越高的發(fā)展趨勢。ITECH 的 IT6000C 系列為用戶提供靈活的功率配置方案， 如下圖是 IT6000C-360kW 的機(jī)柜，用戶可以將機(jī)柜拆分為 4 套 90kW 的設(shè)備使用，亦可 并聯(lián)為大功率 360kW 設(shè)備。IT6000C 全系列并機(jī)后功率最高可達(dá) 1152kW，電壓可達(dá) 2250V，滿足用戶不同功率段的需求。

2）高速充放電狀態(tài)切換

 在車輛行駛中，隨著車輛的加速和減速，電池不斷地切換于充電和放電狀態(tài)。目前， 絕大多數(shù)工程師采用獨立電源和負(fù)載組合方式模擬電池的雙向流動特性，而隨著動力系 統(tǒng)測試要求日益嚴(yán)苛，手動切換已經(jīng)無法滿足需求。即便通過編程切換，典型的編程響 應(yīng)時間大約為 50ms-100ms，而真實電池的充放電狀態(tài)切換幾乎是瞬態(tài)完成。

ITECH 的電池模擬器采用雙向源載一體技術(shù)，具備“無縫”切換能力，為工程師避 免上述的問題。

 3）動力電池特性仿真及 BMS 協(xié)議兼容性 

目前新能源車主流的動力電池類型為三元鋰和磷酸鐵鋰，比亞迪推出刀片電池，即 超級磷酸鐵鋰，其相比較傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰具備更高的功率密度。而特斯拉也逐漸使用 21700 電芯替代原先的 18650。 動力電池技術(shù)的不斷迭代，使得電池模擬器的仿真難度進(jìn)一步提高。工程師不僅要 滿足當(dāng)下電池特性曲線的仿真，又要應(yīng)對不斷變化的新型電池的特性仿真。另一方面， 為了提升車輛的續(xù)航里程，以油電混合動力系統(tǒng)以及氫燃料電池動力系統(tǒng)為結(jié)構(gòu)的新能 源車型，也被廣泛地采納。針對這類混動車型（油-電，燃料電池-鋰電池），其能源管 理策略是重要的一項研究。在這類測試中，電池模擬器除了仿真電池的“無縫”雙向流 動特性，還需要仿真電池的 BMS 功能，實現(xiàn)與 PDU，VCU 等控制單元的交互。

三、ITECH 電池模擬器與傳統(tǒng)解決方案的不同及優(yōu)勢 

面對上述的測試挑戰(zhàn)，僅僅模擬電池的雙向流動特性是不夠的。真實的電池在使用 中其特性曲線受到內(nèi)阻，環(huán)境溫度以及放電深度的影響，并最終影響整車的動力性能以 及能量管理分配策略。因此，汽車工程師在動力系統(tǒng)研究工作中，離不開對電池特性的 仿真模擬，而不能僅考慮理想滿電壓或某一固定電壓點對動力性能的影響。ITECH 的 BSS2000 Pro 電池模擬器仿真軟件是 ITECH 針對新能源車動力系統(tǒng)研究推出的最新解決 方案。利用該套軟件，工程師可以輕松地從電池類型庫中調(diào)取對應(yīng)的電池特性曲線，例 如磷酸鐵鋰和三元鋰。而面對汽車行業(yè)不斷涌現(xiàn)的新型電池，像上一段一提到的“刀片 電池”，BSS2000 Pro 提供.mat 文件導(dǎo)入功能，工程師可以通過第三方 MATLAB 工具構(gòu) 建電池數(shù)學(xué)模型，最后導(dǎo)入 BSS2000 Pro 進(jìn)行模擬，或?qū)雽崪y的特性曲線。BSS2000 Pro 不僅為滿足當(dāng)下的需求而研發(fā)，更輕松應(yīng)對汽車行業(yè)不斷變化的需求。

 1）內(nèi)置多達(dá) 8 種類型電池特性曲線 （磷酸鐵鋰，三元鋰…）

 2）對新型動力電池特性仿真，提供用戶自定義和.mat 文件導(dǎo)入功能 

3）初始容量 SOC 設(shè)定功能 

4）SOC&OCV 上下限保護(hù)參數(shù)設(shè)定功能 

5）支持以 CAN 報文發(fā)送電池模擬器電壓、功率、電流及 SOC 狀態(tài) 

6）實時監(jiān)控電池模擬器的狀態(tài)（電壓，電流，功率、充電容量/能量） 

7）完善的報表功能