(边境部分)
在本节中，我们将仔细研究电池管理系统的硬件在环测试。
需要对电池管理系统进行广泛的端到端测试，包括所有可能的故障条件，以确保系统按预期运行。
对电池管理系统进行这种类型的测试可能非常耗时。例如，在开始测试充电模式功能之前，必须将电池组放电到适当的充电水平状态。
测试一个典型的电动汽车电池组的完整充放电循环需要数小时。我们谈论的是几天的测试，当我们包括温度、电荷状态和其他参数的不同操作条件时。
此外，重现设计问题和故障条件可能很困难，并涉及安全考虑。
在使用实际单元进行测试时，实现测试自动化、测试排序和报告生成可能非常昂贵，并且需要大量资源，特别是当涉及到许多测试设备时。
在最终的系统集成测试和功能测试中，需要使用实际的电池组进行大量测试。但是对每次软件修订或设计迭代都进行这种类型的测试是没有意义的。
在设计迭代中获得高信心的一种方法是通过对模拟电池组测试BMS控制器和电子设备。这种实时测试真实控制器与模拟工厂模型的方法被称为“硬件在环”测试。
在HIL测试中，我们从电池组的工厂模型开始。这是您可能在桌面模拟中用于测试BMS算法的模型。
接下来，我们从电池模型生成c代码，并编译成一个实时应用程序，由专用的实时目标计算机实时部署和执行。
这台目标计算机必须有必要的外围设备来将数值转换为物理信号，如电池电压和温度。我们将实时计算机的外围设备与BMS控制器连接，进行闭环测试。
通过将实际电池组替换为可编程电池组，我们现在可以更高效、更安全地执行软件和电子设备的端到端测试。
现在，在为BMS控制器进行HIL测试之前，还有几件事情需要处理。
首先，我们需要在BMS控制器要求的步长时间内实时运行大型单元网络模型。
对于最常见的电池应用，BMS算法在100Hz至500Hz之间执行。因此，实时以1kHz执行我们的电池厂模型对于HIL测试来说已经足够了。如果电池组的串联电池少于50个，那么实现所需的步骤时间可以很简单。
第二个挑战与硬件有关。由于我们想要模拟电池的电行为，我们需要有方法来产生孤立的电压，并能够将它们串联或并联，就像实际的电池一样。此外，还需要温度传感器模拟和故障模拟。
为了理解如何在Simulink中解决第一个挑战，让我们看一个示例模型。万博1manbetx
在这里，我们有一个有16个电池模块的电池模型，每个电池模块有6个电池串联在一起，总共有96个电池串联在一起。每个电池块模型的电和热行为。我们采用可控电流源对电池组进行充放电。最后，单个电池电压、温度、电池组电流和电池组电压被测量并发送到BMS控制器。
从桌面模拟到实时测试的第一步是选择一个正确的固定步骤求解器。这通常是一个反复的过程，我们不会在本次网络研讨会上详细介绍。
相反，我建议您访问关于“使用Simscape实时模拟物理系统”主题的专门网络研讨会。
在遵循本网络研讨会中描述的步骤之后，我们已经为Simscape网络选择了一个Local-Solver，并确定一致性迭代的数量为1。这些解算器设置产生所需的1mS步长结果。
我们还注意到，对于某些拓扑，“分区”求解器通过减少模拟的计算成本来提高性能。这有助于在桌面模拟和实时测试中实现更快的模拟速率。分区求解器将附加的Simscape网络的整个方程组转换为几个更小的开关线性方程组，这些线性方程组通过非线性函数连接起来。计算成本降低了，因为计算几个小方程组的解比计算一个大方程组的解更有效。万博 尤文图斯
现在，求解器名称“Partitioning”可能会导致一些混乱。为了清楚起见，分区求解器不会对模型进行分区。分区求解器不允许你分割模型并在多核处理器上运行。还有其他方法可以做到这一点。万博1manbetx在可能的情况下，Simulink real在默认情况下自动利用多核处理器。
接下来，让我们继续实时执行我们的电池模型。
由于时间关系，我已经通过单击Build按钮构建了应用程序并将其部署到目标计算机。在目标对象中，我们可以注意到部署到目标计算机上的应用程序的名称、应用程序状态、采样时间和其他有用的调试信息。
让我们开始在目标计算机上执行应用程序。在模拟过程中，我们可以观察我们感兴趣的信号并调整参数。
这个模拟只有10秒长。一旦结束，我们可以检查目标计算机是否能够在所需的1毫秒采样时间内执行模型。
通过检查目标对象，我们可以注意到在模型执行期间没有CPU过载报告，并且最大任务执行时间(TET)在1毫秒之内。这为我们未来的车型增长提供了足够的空间。
当你在模型中添加更多的复杂性和细节时，很有可能仅仅通过选择正确的求解器就无法达到所需的采样时间。在这种情况下，具体到电池建模，您可以考虑更多的选项。
第一个选择是选择正确的电池块的变体。在这里，您可以注意到，通过选择保真度较低的变体，您可以轻松地将任务执行时间减少10倍。
另一种选择是选择电池单体的低阶动力学。这还有助于显著减少任务执行时间。这种性能上的提升来自于保真度的降低。
现在，如果您的模型复杂性较低，或者串联的电池单元数小于50个，则很可能不需要进行任何优化就可以实现任务执行时间小于1毫秒。
如前所述，为BMS应用程序进行HIL测试的第二个重要方面是模拟传感器信号和传感器故障。
为了模拟电池电压，Speedgoat提供了电池模拟器卡IO991-06。每个电池模拟器卡提供6个独立通道。每个通道可以提供高达7V，这使我们能够模拟不同的细胞化学。此外，每个通道的源电流可达300 mA，下沉电流可达100 mA。此外，多个I/O模块可以串联或并联组合，以实现所需的功率水平。
除了电池电压仿真，我们还需要温度传感器仿真卡和故障插入卡来完成BMS HIL设置。Speedgoat提供多种温度传感器仿真卡和故障插入选项。
在我们的演示中，我们只使用IO991来模拟电池电压。
现在，让我们来看看BMS HIL测试的现场演示。
我们从一个测试模型开始，它允许我们模拟电池单元并生成故障场景。
在这个测试模型中，我们有一个6单元串联的小电池组。为了模拟故障，我们增加了一个开关，它允许我们在没有任何实际物理后果的情况下缩短两个单元终端，并测试控制器的响应。我们使用Toggle Switch Block来交互注入故障。
在滑动块的帮助下，一个可控电流源块用于模拟充电或放电电流。为了对电池进行诊断，我们测量两个电池端子之间的电压。
测量的电池电压值输入IO991块，将这些数值转换为与单个电池相关的电隔离电压。
IO991-06卡的输出端子连接到您在背景中看到的电子板，它对单元电压进行物理测量，并将信息传递给BMS控制器，在这种情况下，BMS控制器是德州仪器的控制器板。
BMS控制器对小区电压进行诊断，在两端过压、欠压或短路时产生故障状态。在这种情况下，BMS控制器在发生故障时打开LED，并在数字输出端口上输出其状态。
我们通过IO133的数字输入端口从BMS控制器读取故障状态，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。
在实时执行这个模型时，我们可以将电流一直改变到10安培，以检查任何过压故障或-10安培，以检查控制器的任何欠压故障。
我们还没有发现任何错误。当我们注入短路故障时，我们可以立即注意到控制器板上的LED发光，还可以看到我们的灯在模型中从绿色变为红色，这表明控制器上有故障。
让我们看看整个实验的模拟数据检查结果。由于电流的变化，我们可以注意到电池电压的微小变化。当我们触发故障时，其中一个单元电压显著下降，并看到故障状态的相应变化。
在本次演示中，我们演示了如何创建大型系统级模型来快速设计和测试BMS算法，来自电气、软件和热工等不同领域的工程师可以使用Simulink作为公共设计平台进行协作。万博1manbetx我们还讨论了实时运行大型电池模型以进行硬件在环测试的不同方法。最后，我们演示了如何为BMS应用程序设置HIL测试，以及它如何帮助您在电池管理系统的设计中获得更多信心。
