在競爭激烈的汽車電氣化領域中，原始設備製造商 (OEM) 絕對不能妥協的一件事，就是混合動力車與電動車的安全性及可靠性。

為達成安全性與可靠性，車輛的電池管理系統 (BMS) 不可或缺，其透過以下方式：

• 避免電池芯故障。
• 透過電池與環境感測器監控，快速偵測故障並做出反應。
• 持續監控車輛高壓系統內的隔離。
• 估計車輛行駛距離。
• 評估充電或驅動的最大功率。
• 依電池組容量延長行駛距離。
• 增加需要更換或回收電池組前的電池循環次數。

隨著對 BMS 可靠性水準的要求日益提高，對更快開發週期的需求也隨之增加。鑑於這類系統的複雜性，OEM 廠商正尋求與系統開發商、半導體公司及其第三方夥伴更緊密的合作，以簡化開發流程。圖 1 顯示電動車 (EV) BMS 的範例。

在 BMS 開發過程中使用的軟體模擬能力，就體現了這種合作關係。在開發週期的早期，無需實體硬體或昂貴的測試空間，即可在正常和極端條件下測試元件和系統。如迴路硬體模擬器等工具可模擬電池模組或電池組，進而加速開發、實現精簡測試設定、進行虛擬原型設計、自動化測試，且能在沒有實體電池組的情況下開發 BMS 軟體。

透過簡化測試程序，模擬器可在加速 BMS 領域創新方面發揮重要作用。

開發汽車 BMS 時使用模擬器的優點

迴路硬體解決方案提供了安全的方式來模擬電池芯、模組或電池組的雙極行為。所有電池芯的真實高精度電壓輸出，稱為電壓位準迴路硬體測試。

也可在訊號位準測試 BMS 主控制器，並模擬電池和電池芯監控單元 (CSU)。此方法的重點是在不使用實際高電壓的情況下測試 BMS 控制器的功能及其與車輛網路 (或任何其他環境) 的互動。這提供了更深層、趨近最終硬體的呈現方式，並稱為模擬器。

模擬整個電池組 (或模組) 以及電池芯和電池組監控器，可進行深度重複的測試。例如，您可在早期開發階段使用 BQ79616-Q1 電池監控器等模擬積體電路進行測試。另一個在訊號位準測試 BMS 控制器的潛在使用案例，是與其他控制單元進行整合測試，例如馬達控制器或車載充電器。

BMS 模擬器的功能

dSPACE 電池芯控制器虛擬化 (CCV) 技術，無需完整硬體及高壓安全設備，即可執行電池芯控制器功能的全面訊號位準 BMS 測試 (如 圖 2 中所示)。

像 dSPACE CCV 這樣的 BMS 測試模擬器的優勢之一，是讓您能在成本高昂且經常預約滿檔的高壓實驗室環境之外測試。相較於高電壓 BMS 測試，訊號位準方法在價格效率和更精巧的測試系統體積方面有許多優點。由於訊號位準測試不需要任何真實電池電壓，因此測試系統較不複雜，且所需的安全安裝也較少。

訊號位準測試也可提供設計靈活性。及早測試系統功能，能讓設計人員在實際電池或電池組監控硬體 (如 CSU) 推出前就專注於最佳化。除了模擬電池芯控制器外，dSPACE 解決方案也可模擬與主要 BMS 控制器、車輛電子控制單元、即時測試電腦或車輛硬體的通訊。

dSPACE 電池控制器虛擬化解決方案的典型應用案例包括：在主 BMS 控制器上執行整合測試，以驗證其與其他車輛控制單元 (如混合動力車和電動車中的電動馬達控制器 (逆變器) 或車載充電器) 之間的通訊。您還可以測試充電狀態和健康狀態演算法，以進行故障偵測和反應，並在系統級或整車迴路硬體模擬器上執行整合測試。

這些模擬器以強大的現場可編程邏輯閘陣列為基礎 (如 圖 3 中所示)，能夠滿足嚴苛的時序要求。這些模擬器支援各種通訊協定，以實現快速，安全且隔離的通訊。如此即可實現更靈活的測試功能，例如將模擬的電池組連接至混合模擬/實際硬體環境中的電池管理單元。

結論

歷經二十年的汽車 BMS 創新，很高興看到模擬解決方案也同步發展。透過模擬 TI 電池管理 IC，dSPACE 電池控制器虛擬化解決方案有助於在設計過程的早期階段促進系統開發。加速的流程使得軟體開發能先於硬體完成，並可測試真實或極端條件，有助於提升系統的安全性與可靠性。

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