用NI LabVIEW为BMS和ECU创建一个用于质量诊断的硬件在环仿真环境

挑战:

用高压电池的电压副本、仿真的高电压电流传感器和温度传感器以及仿真的高电压电池故障，为电池管理系统（BMS）外部连接装置（ECU）创建一个用于质量诊断的硬件在环仿真环境。

解决方案:
使用NI LabVIEW软件，更易于实现图形化用户界面、支持多样化的函数功能，并基于LabVIEW仿真接口工具包来调用在MathWorks公司仿真软件中创建的电池模型。

我们使用HIL仿真来测试我们复杂的实时系统。这项技术能提供一个平台，有效地检查需要动态模型的测试主机的控制状态。

系统概述
我们使用BMS HIL系统来仿真用于电动或混合动力汽车的高压电池，以评估BMS的控制逻辑和故障诊断功能。我们使用Simulink创建了一个电池模型，然后利用LabVIEW仿真接口工具包将电池模型应用到开发平台。我们也使用NI PXI系统，以确保系统高效及可靠的运行。

该BMS HIL仿真系统能在各种测试案例中完成质量诊断。通过编写自动测试方案，我们针对电池系统重现了所有可能的测试案例，并使用NI TestStand来组织和管理各个案例方案。

我们使用LabVIEW实现系统的快速部署，使用NI PXI快速产生和采集信号，精确重现电池组电压的变化，包括BMS中的电流和温度变化。
另外，通过使用NI TestStand，我们利用BMS性能评估测试实例来实现简化的自动测试方案。

使用NI产品的优势
我们选择NI软硬件开发平台来缩短系统开发时间、保证系统可靠性、精简自动化测试方案的实施，简化系统维护和维修过程。NI产品也跟Simulink兼容。

系统硬件配置
BMS HIL仿真系统硬件包括安装有通过LabVIEW控制整个系统的计算机、采集和提供 信号输出的实时PXI仿真器、模仿 电池组的电池组电压生成器和一组信号信号调理单元。它也包括模拟各种测试错误的错误模拟装置、为BMS ECU供电的电源和连接 HIL仿真系统和ECU的接口箱。

图1：BMS HIL仿真系统硬件配置

系统软件配置
BMS HIL仿真系统软件主要分成两个不同的子系统。我们利用第一个子系统手动地生成错误和多种设置配置来检查ECU性能；另外一个是自动系统，使用NI TestStand预先设定各种错误，然后自动检查ECU性能。

图2：BMS系统信号流程图

图3：BMS HIL仿真系统软件配置图

当主计算机接收到用户发出的控制指令请求时，PXI实时仿真器指定实时信号采集或输出的规则。 借助现场可编程门阵列（FPGA），这些分散的规则能实时完成指定的任务。

图4：BMS HIL仿真器用户界面配置

图5：应用LabVIEW仿真接口工具包的电池模型

电池槽电压、电池温度和从电池模型中产生的电池组电流，均可利用FPGA来仿真实现。因为FPGA能够提供高速的性能，我们能提高从每个电池组生成的电流的反应速度。

图6：使用FPGA生成源自电池模型的电池槽电压输出

测试方案实施
通过使用NI TestStand（见图7），我们能依次布置各种发生于电池系统的错误情况和相应的配置，从而简化自动测试方案。

图7：使用FPGA生成指定温度和电流输出