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基于電池模擬器的 EV 動(dòng)力系統(tǒng)檢測(cè)方法 

     隨著世界各國(guó)禁售燃油車時(shí)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(guó)政府重點(diǎn)推進(jìn)和扶持的產(chǎn)業(yè)，以擺脫對(duì)石油的依賴，同時(shí)解決環(huán)境污染等問(wèn)題。 然而，在改革的同時(shí)，汽車工程師也面臨著新的測(cè)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(cè)試，以及如何驗(yàn)證純 電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能，成為工程師首要關(guān)注的問(wèn)題，ITECH 為工程師提 供全新的動(dòng)力系統(tǒng)測(cè)試解決方案----高速，高壓，高功率，高性能。 一、何為純電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)？ 相比較傳統(tǒng)燃油車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，純電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)（EV Powertrain System）主 要由動(dòng)力電池、電動(dòng)機(jī)和減速器構(gòu)成。純電動(dòng)車取消了燃油發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，使用動(dòng)力電池 作為整車的動(dòng)力源，通過(guò)電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩再經(jīng)過(guò)減速器帶動(dòng) 車輪前進(jìn)或后退。并且當(dāng)車輛剎車時(shí)，制動(dòng)能量反向給動(dòng)力電池充電，以延長(zhǎng)續(xù)航里程。 因此本質(zhì)上，純電動(dòng)車的動(dòng)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(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)的驗(yàn)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(wèn)題；另一方面，使用真實(shí) 的動(dòng)力電池測(cè)試，存在測(cè)試效率低及電池爆炸等風(fēng)險(xiǎn)。所以，顯而易見(jiàn)，若使用電池模 擬器替代真實(shí)的動(dòng)力電池，將對(duì)汽車工程師研究電推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能 具備重要的意義。 二、純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的測(cè)試新挑戰(zhàn)？ 純電動(dòng)車的續(xù)航里程以及充電時(shí)長(zhǎng)一直是各大新能源廠家重點(diǎn)攻克的難題。除了提 升整車的傳動(dòng)轉(zhuǎn)換效率，選擇能量密度和功率密度更高的動(dòng)力電池，不僅能讓整車輕便， 同時(shí)又增加了續(xù)航里程。而實(shí)驗(yàn)室中，工程師通常需要在車輛未定型之前，驗(yàn)證不同類 型的動(dòng)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(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的性 能影響，這也成為當(dāng)下整個(gè)行業(yè)亟待解決的測(cè)試難題。 縱觀目前的新能源車發(fā)展趨勢(shì)，純電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)性能測(cè)試主要面臨三方面的挑 戰(zhàn)：

1) 高壓大功率的發(fā)展趨勢(shì)純電動(dòng)車的電池功率和電壓等級(jí)有從 300V/400Vdc 發(fā)展為 800V/1000V 的趨勢(shì)。高壓系統(tǒng)可以縮短充電時(shí)間，同時(shí)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(dòng)力電池電壓為 350Vdc， 容量為 230Ah，而保時(shí)捷的 Taycan 和 Aston Matin 的電動(dòng)超跑則采用 800V 的動(dòng)力電 池結(jié)構(gòu)，號(hào)稱 20min 充滿 80%電量。 汽車工程師在選擇電池模擬器時(shí)，可能需要同時(shí)考慮兩種電壓等級(jí)的存在，并考慮 電池功率越來(lái)越高的發(fā)展趨勢(shì)。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(dú)立電源和負(fù)載組合方式模擬電池的雙向流動(dòng)特性，而隨著動(dòng)力系 統(tǒng)測(cè)試要求日益嚴(yán)苛，手動(dòng)切換已經(jīng)無(wú)法滿足需求。即便通過(guò)編程切換，典型的編程響 應(yīng)時(shí)間大約為 50ms-100ms，而真實(shí)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(wú)縫”切換能力，為工程師避 免上述的問(wèn)題。

 3）動(dòng)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(dòng)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(jí)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(dòng)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(duì)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(dòng)力系統(tǒng)以及氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)為結(jié)構(gòu)的新能 源車型，也被廣泛地采納。針對(duì)這類混動(dòng)車型（油-電，燃料電池-鋰電池），其能源管 理策略是重要的一項(xiàng)研究。在這類測(cè)試中，電池模擬器除了仿真電池的“無(wú)縫”雙向流 動(dòng)特性，還需要仿真電池的 BMS 功能，實(shí)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(shì) 

面對(duì)上述的測(cè)試挑戰(zhàn)，僅僅模擬電池的雙向流動(dòng)特性是不夠的。真實(shí)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(dòng)力性能以 及能量管理分配策略。因此，汽車工程師在動(dòng)力系統(tǒng)研究工作中，離不開對(duì)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(diǎn)對(duì)動(dòng)力性能的影響。ITECH 的 BSS2000 Pro 電池模擬器仿真軟件是 ITECH 針對(duì)新能源車動(dòng)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(kù)中調(diào)取對(duì)應(yīng)的電池特性曲線，例 如磷酸鐵鋰和三元鋰。而面對(duì)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(guò)第三方 MATLAB 工具構(gòu) 建電池?cái)?shù)學(xué)模型，最后導(dǎo)入 BSS2000 Pro 進(jìn)行模擬，或?qū)雽?shí)測(cè)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(duì)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(duì)新型動(dòng)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(bào)文發(fā)送電池模擬器電壓、功率、電流及 SOC 狀態(tài) 

6）實(shí)時(shí)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(bào)表功能