新能源車企關(guān)注的核心單元 考驗(yàn)仿真測(cè)試系統(tǒng)的能力

自從在中國(guó)設(shè)立分公司品英儀器（北京）有限公司之后，品英Pickering集團(tuán)加大了在中國(guó)市場(chǎng)的活躍度，為其看好的市場(chǎng)投放影響。

從舌簧繼電器起步，經(jīng)過(guò)近60年的發(fā)展，Pickering的產(chǎn)品已經(jīng)涵蓋航空航天/國(guó)防、汽車/軌道交通、半導(dǎo)體和醫(yī)療相關(guān)的測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域，該公司強(qiáng)調(diào)自己是測(cè)試行業(yè)唯一一家具有從元器件到整機(jī)生產(chǎn)制造能力的公司。

最近，Pickering參加了中國(guó)國(guó)際進(jìn)口博覽會(huì)（進(jìn)博會(huì)）。作為一個(gè)國(guó)家級(jí)的展會(huì)，進(jìn)博會(huì)為國(guó)際采購(gòu)、投資促進(jìn)、人文交流和開(kāi)放合作提供了一個(gè)高規(guī)格的平臺(tái)。展會(huì)期間，Pickering展示了該公司最新的半導(dǎo)體、汽車電子、航空航天和行業(yè)通用產(chǎn)品，包括舌簧繼電器、模塊化信號(hào)開(kāi)關(guān)和仿真技術(shù)、軟件、線纜和連接器。

一些重點(diǎn)產(chǎn)品令人關(guān)注，例如業(yè)界首創(chuàng)的可實(shí)現(xiàn)高達(dá)110GHz帶寬的微波信號(hào)切換的PXI/PXIe微波開(kāi)關(guān)系列，可提供超過(guò)EMR 300倍的使用壽命和60倍的測(cè)試系統(tǒng)吞吐量的基于MEMS的PXI和PXIe RF多路復(fù)用器，LXI/USB模塊化機(jī)箱，成套LXI微波開(kāi)關(guān)和信號(hào)路由子系統(tǒng)，免費(fèi)微波開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)工具，以及傳感器仿真儀器等產(chǎn)品。

這已經(jīng)是Pickering今年第二次參加在中國(guó)舉辦的大型展會(huì)，在7月份的慕尼黑上海電子展期間，該公司也展示了上述產(chǎn)品，響指之前對(duì)此做過(guò)詳細(xì)介紹。而這次展會(huì)，響指重點(diǎn)關(guān)注到其用于航空和汽車的電池管理系統(tǒng)（BMS）測(cè)試和仿真產(chǎn)品，包括基于PXI的BMS測(cè)試系統(tǒng)、BMS硬件在環(huán)（HIL）仿真測(cè)試系統(tǒng)、汽車電池組仿真方案和用于故障注入測(cè)試的PXI故障注入單元（FIU）開(kāi)關(guān)。

隨著電力驅(qū)動(dòng)的新能源汽車的日益普及，業(yè)界面臨的一個(gè)重大課題是BMS的有效測(cè)試和驗(yàn)證。使用模塊化的、基于PXI的開(kāi)關(guān)和仿真模塊的BMS測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)試BMS時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)。Pickering全球營(yíng)銷和市場(chǎng)主管Joe Woodford表示，這是一種完全靈活的測(cè)試系統(tǒng)，可以靈活進(jìn)行優(yōu)化以精確滿足需求，并可以輕松修改軟硬件配置以滿足不斷發(fā)展的應(yīng)用需求。而由于基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，模塊化的、基于PXI的開(kāi)關(guān)和仿真模塊可有效延長(zhǎng)系統(tǒng)使用周期降低設(shè)備淘汰風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可以無(wú)縫集成源自多個(gè)供應(yīng)商的儀器和通信模塊。Pickering推出的PXI/PXIe電池模擬器具有模塊化和可擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)，為電池組仿真提供了一個(gè)理想選擇。

圖1、Pickering的多電池模擬器模塊

作為銜接電池組、整車系統(tǒng)和電機(jī)的重要紐帶，BMS承擔(dān)了關(guān)鍵的安全功能、控制功能和調(diào)節(jié)功能。它不僅負(fù)責(zé)檢測(cè)電壓、電流和溫度等參數(shù)來(lái)為SOC提供決策，而且還負(fù)責(zé)熱管理和能量管理，以及電池單體的性能平衡等。因此，新能源車企都將BMS作為企業(yè)最核心的技術(shù)來(lái)看待，對(duì)BMS進(jìn)行仿真測(cè)試也至關(guān)重要。

事實(shí)上，在新能源汽車的研發(fā)過(guò)程中，BMS HIL的仿真測(cè)試十分關(guān)鍵。通過(guò)BMS HIL測(cè)試系統(tǒng)，可以替換掉真實(shí)的電池包，在模擬環(huán)境中對(duì)BMS進(jìn)行快速有效的測(cè)試，以便在各種不同的單體狀態(tài)、環(huán)境條件和故障場(chǎng)景下，對(duì)BMS的各種功能進(jìn)行全面的驗(yàn)證測(cè)試。此外，就整車的性能和安全性而言，通過(guò)BMS HIL仿真測(cè)試，可以提前發(fā)現(xiàn)并解決BMS潛在的問(wèn)題。

一個(gè)完整的BMS HIL仿真測(cè)試系統(tǒng)包括上位機(jī)（PC）、PXI機(jī)箱、處理器板卡、數(shù)據(jù)采集板卡、CAN卡、電池模擬器、高壓電源、低壓電源等，BMS HIL中必須提供與BMS控制器硬件IO信號(hào)相對(duì)應(yīng)的資源及與BMS控制器控制策略相對(duì)應(yīng)的整車模型、電池模型。針對(duì)BMS HIL仿真測(cè)試，Pickering提供了基于PXI/PXIe的機(jī)箱/控制器、開(kāi)關(guān)和仿真模塊等產(chǎn)品。

圖2、Pickering用于BMS HIL測(cè)試的PXI開(kāi)關(guān)和仿真模塊以及機(jī)箱/控制器

航電、新能源汽車和儲(chǔ)能這些都是仿真測(cè)試的典型應(yīng)用領(lǐng)域。品英儀器公司產(chǎn)品與市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理王琦表示，這些電控設(shè)備的共性是功能多樣，探測(cè)信號(hào)通道多，產(chǎn)品快速迭代。同時(shí)這些電控系統(tǒng)又高度關(guān)聯(lián)設(shè)備和人身安全，必須從研發(fā)到生產(chǎn)制造都經(jīng)受嚴(yán)格的測(cè)試。不僅需要確保電控系統(tǒng)能高精度、快速地獲取控制對(duì)象的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，還要能夠準(zhǔn)確識(shí)別和應(yīng)對(duì)控制對(duì)象和連接路徑的異常、故障狀態(tài)，乃至災(zāi)難狀態(tài)。因而在對(duì)電控設(shè)備進(jìn)行測(cè)試時(shí)，激勵(lì)信號(hào)的參數(shù)——電壓、溫度、轉(zhuǎn)速等——要遠(yuǎn)超過(guò)各種傳感器的額定范圍，同時(shí)還要仿真各種線纜開(kāi)路、短路、漏電等現(xiàn)象，以及這些測(cè)試元素間的隨機(jī)組合。這種特性決定了，為了確保測(cè)試的精確、可靠、以及安全，此類測(cè)試不能借助真實(shí)的傳感器和被控件，只能通過(guò)專用的仿真儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)。如何為這些測(cè)試來(lái)設(shè)計(jì)和制造高性能、種類豐富、易于使用的仿真儀器，是Pickering面對(duì)的挑戰(zhàn)，也是該公司的研發(fā)重點(diǎn)。

王琦表示，Pickering近年來(lái)連續(xù)推出多種新品類的信號(hào)仿真儀器，為眾多高價(jià)值電控設(shè)備提供了完善的功能測(cè)試與故障注入測(cè)試解決方案，包括廣泛應(yīng)用于航空電子、新能源汽車、軌道交通等領(lǐng)域的LVDT和RVDT傳感器以及旋轉(zhuǎn)變壓器，以及針對(duì)新一代交通工具、電力、儲(chǔ)能等領(lǐng)域廣泛使用的鋰電池和燃料電池的上百種VDT仿真器和電池模擬器模塊。這些方案可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，靈活選擇技術(shù)參數(shù)與通道數(shù)量。用戶不僅能夠獲得高性能、高性價(jià)比、易使用的測(cè)試儀器完成當(dāng)前的測(cè)試應(yīng)用，同時(shí)，這些產(chǎn)品高度模塊化的結(jié)構(gòu)，也能為未來(lái)測(cè)試系統(tǒng)升級(jí)保留足夠的空間。

除了上述產(chǎn)品，用于故障注入測(cè)試的PXI故障注入單元（FIU）開(kāi)關(guān)也是Pickering在HIL方面的一個(gè)重要產(chǎn)品系列。故障注入測(cè)試是航空電子和汽車設(shè)計(jì)驗(yàn)證的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，旨在模擬可能發(fā)生的情況，以確保系統(tǒng)在遇到故障時(shí)能夠正常工作。這包括模擬電氣故障，例如腐蝕、短/開(kāi)路以及其他電氣故障。此外，固件問(wèn)題也是一個(gè)重要的考慮因素，因?yàn)樗鼈兛赡軐?dǎo)致系統(tǒng)故障。故障注入測(cè)試旨在檢測(cè)系統(tǒng)在遇到這些故障時(shí)的行為，并評(píng)估其可靠性。為了進(jìn)行有效的測(cè)試，必須了解故障的原因，這可能是因?yàn)槔匣p壞甚至安裝錯(cuò)誤而導(dǎo)致的故障。通過(guò)故障注入測(cè)試，可以更好地了解系統(tǒng)的可靠性，并在實(shí)際運(yùn)行中減少故障的可能性。

圖3、Pickering故障注入單元開(kāi)關(guān)

Joe Woodford表示，Pickering深刻認(rèn)識(shí)到汽車和航空航天行業(yè)的發(fā)展對(duì)電子測(cè)試復(fù)雜需求提出的挑戰(zhàn)，自1988年起，Pickering一直致力于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化和定制的開(kāi)關(guān)和仿真系統(tǒng)，以及用于各類功能性測(cè)試和HIL仿真應(yīng)用的儀器設(shè)備，用于對(duì)汽車和航天航空電控設(shè)備進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。

除了PXI FIU開(kāi)關(guān)，該公司用于HIL仿真的開(kāi)關(guān)方案還包括用于模擬傳感器的PXI程控電阻、用于模擬傳感器的PXI毫伏熱電偶仿真模塊、用于模擬傳感器的PXI LVDT/RVDT/旋轉(zhuǎn)變壓器仿真模塊、4～20mA電流環(huán)仿真模塊、鉑電阻仿真模塊，應(yīng)變仿真模塊和模塊化信號(hào)接線盒等。