先进 HEV／EV 电池管理系统的测试解决方案

在一个试点项目中，Comemso 和德州仪器 (TI) 演示了如何使用 comemso BMS 测试系统完全创建和评估基于德州仪器开发平台的电池管理系统 (BMS)。新的图形界面使开发人员能够操作从单一角度审视 TI 电动汽车 (EV) BMS 开发平台和具有电池仿真功能的 comemso BMS 测试平台的各个方面。

BMS 是 EV 的重要组成部分，用于监控和测量电池，包括电池的健康状况和充电状态，以增加 EV 的续航里程。BMS 设计复杂且因制造商而异；因此，必须简化 BMS 的开发和测试，以加快上市时间。

在接受Power Electronics News的专访时，TI HEV/EV 动力系统总经理 Mark Ng 强调，与 comemso 的合作表明了 TI 对其客户的承诺，这意味着 TI 不仅销售单个 IC，而且确保销售完整、经过验证的解决方案。

“德州仪器正在为汽车 BMS 开发完整的半导体器件组合。汽车原始设备制造商和供应商使用我们的设备为纯电动汽车开发高压电池组，电压可以是 400V 或 800V。我们近创建了一个完整的 BMS 参考平台来展示我们的旗舰硅设备，并且我们使用了 comemso 硬件在环 (HIL) 模拟器来测试和验证整个系统的整体功能。由于 BMS 是一个已经很复杂的系统，设计工程师很高兴拥有经过全面测试和验证的系统解决方案。这有助于他们改进设计周期并限度地缩短上市时间，”Mark Ng 说。

硬件在环 (HIL) 仿真功能来了。HIL 仿真开发和测试复杂的实时嵌入式系统，例如 BMS。将嵌入式系统连接到真实硬件通常是的开发方法。EV 行业使用 HIL 模拟器来模拟高压电池的成本、持续时间、安全性和实用性。comemso HIL 模拟器可以电气模拟所有电池电压和电池组电流，使其成为一个有用的测试平台。为目标电池化学设置的工厂模型控制每个电模拟电池电压输出。在将设备连接到带电电池之前，这可能是危险的、昂贵的或不切实际的，对算法和硬件进行评估。

建筑管理系统

根据 Mark Ng 的说法，comemso 系统允许我们：

• 为我们的 BQ79718-Q1 电池监视器提供单个电池电压和温度
• 为我们的 BQ79731-Q 电池组监视器提供电池组电流（通过分流仿真）
• 执行隔离电阻监测
• 进行故障注入（如过压、欠压、过流、过温）

BQ79718 能够监控多达 18 个通道，高于上一代的 16 个通道。随着具有大约 200 个电池的 800-V 电池系统的出现，该系统能够使用 11 个 18 通道电池监视器，而不是 13 个 16 通道电池监视器。

据 Mark Ng 介绍，作为汽车电气化领域的主要半导体利益相关者之一，TI 有四项主要使命宣言，专门针对解决行业的主要挑战。TI 旨在帮助 OEM：

1）让电动汽车更实惠
2) 增加续驶里程
3）提升整体充电体验
4) 让电动汽车更安全

由于每个电子控制单元 (ECU) 都需要大量的硅来履行其职责，因此电动汽车中使用的半导体数量正在迅速增长。为了让汽车制造商大幅降低物料清单 (BOM) 并通过购买更少的硅器件来节省资金，TI 的目标是制造高度集成的半导体器件。

“我们还使用我们的 12 英寸硅制造工艺制造我们的设备，终这意味着我们能够通过从一代硅到下一代硅的制造效率来提供持续的成本节约。我们可以以我们的 BQ79718、18 通道电池监控器为例，”Mark Ng 说。

谈到续驶里程，吴恩达强调充电状态不是可以直接测量的，因此只能根据半导体器件测量电压、电流和温度的能力来计算。“我们测量电压、电流和温度的精度越高，充电状态就越准确，”Mark Ng 说。

BQ79718 电池监控器具有 1mV 的精度，这有助于汽车制造商更好地估计电池的总体充电状态，这是向驾驶员指示剩余电量和终续航里程的指示。

BQ79718 系统图（：TI）

汽车制造商必须使用的电源控制拓扑结构和的宽带隙技术，例如碳化硅或氮化镓 MOSFET，以缩短充电时间。

“我们拥有各种半导体技术来帮助行业实现这一目标，例如我们的 C2000? 微控制器、MOSFET 栅极驱动器和偏置电压产品组合，”Mark Ng 说。 

据 TI 称，该公司致力于开发考虑功能安全且设计符合 ISO26262 标准的半导体技术。“以电池管理为例，准确测量至关重要，这样电池才不会过充或欠充。因此，我们的电池监控器是按照别的功能安全 ASIL-D 设计的，”Mark Ng 说。

硬件、软件、集成

电池管理系统的主要目标是“照顾电池”，它们可以很简单，也可以很复杂，并包含实现此目的的多种技术。然而，这些系统可以根据它们的拓扑结构分为几组，拓扑结构指的是它们如何在电池组的电池或模块中部署和使用。

“BMS 系统必须准确地执行续航里程计算、充电状态和健康状态计算并确保安全。虽然这些参数中的大多数都需要软件计算，但底层硬件必须尽可能准确。范围估计、充电状态和健康状态需要极其准确的电池监视器。同样，软件依赖硬件为整个系统提供功能安全，”Mark Ng 说。

他补充说，我们的电池监视器包括用于高压电池单元电压测量的多个通道。这些监视器也是完全冗余的，这意味着它们可以满足 ASIL-D 安全级别。我们的电池组监视器等其他设备能够测量高压、控制高压开关和测量电池组电流。硬件和软件的集成是另一个话题，软件在某些方面甚至比硬件更复杂。为此，我们能够使用硬件在环仿真器来测试硬件和软件。

TI 的开发平台和 comemso 的模块化和可扩展 BMS 测试台支持 BMS 开发和测试。测试工程师可以看到这两个部分的图形操作和显示设置。该项目在开发和测试期间节省了 BMS 开发人员和制造商的时间和金钱，同时减少了项目和开发规划的困难和未知数。