* Đồng tác giả bởi Brent Hoerman, Giám đốc dự án - EV/Pin tại DMC, Inc. (một phần của Chương trình đối tác của Pickering)

Xe điện đại diện cho một bước tiến mới trong thiết kế ô tô. Với hệ thống điện áp cao, quản lý pin phức tạp và kết nối tiên tiến, việc đánh giá những phương tiện này đòi hỏi phải được thực hiện mô phỏng trong thời gian sớm và thường xuyên một cách nghiêm ngặt.

BMS là một hệ thống điện tử phức tạp quản lý sự an toàn, vận hành và hiệu suất của gói pin cũng như mức năng lượng điện cao được lưu trữ bên trong nó. Đối với BMS, hardware-in-the-loop (HIL) là điều cần thiết để đánh giá hiệu suất trong các điều kiện hoạt động khác nhau.

Hệ thống BMS quản lý một khối lượng lớn các biến số và phải giám sát hàng trăm cell pin cũng như bảo vệ pin khỏi bị hư hỏng do nhiệt độ, độ rung, lỗi điện, v.v. Bằng cách thêm các đặc điểm vào bộ kiểm tra HIL, các kỹ sư có thể mô phỏng nhiều hành vi và đánh giá hiệu suất BMS trong suốt vòng đời dự kiến của EV. Khi tích hợp hệ thống HIL, các nhóm kỹ sư phải đảm bảo rằng họ đang sử dụng phần cứng mô-đun để có thể dễ dàng mở rộng quy mô, sửa đổi hoặc tái sử dụng thiết bị đo khi BMS phát triển theo thời gian.

Thêm các đặc điểm vào Bộ kiểm tra HIL để mô phỏng các hành vi làm giảm chất lượng

Để thiết lập mô phỏng HIL cho hệ thống thử nghiệm BMS, các kỹ sư tích hợp thiết bị điện tử BMS thực với pin mô phỏng và cặp nhiệt điện hoặc bộ mô phỏng RTD. Thay vì sử dụng các bài kiểm tra đạt/không đạt đơn giản, các kỹ sư có thể thêm các đặc điểm khác vào bộ kiểm tra HIL để mô phỏng các hành vi làm giảm chất lượng pin theo thời gian. Một BMS có thể có hàng trăm lỗi tiềm ẩn và việc kiểm tra phải tìm ra những lỗi phổ biến nhất và thậm chí cả những tác động phụ lên cell pin khi xảy ra lỗi.

Bộ kiểm tra HIL rất có giá trị trong việc xác định các cell pin yếu và mô phỏng các ứng suất môi trường trong quá trình thiết kế. Bộ mô phỏng pin của Pickering Interfaces có thể mô phỏng một chồng pin được kết nối với BMS trong các phép đo điện áp phụ thuộc để cung cấp đánh giá bổ sung cho phép đo BMS. Các kỹ sư có thể sử dụng những công cụ này để mô phỏng các cell pin yếu hoặc hỏng và xem cách BMS phản hồi 24/7 qua đó đánh giá hiệu suất trong điều kiện độ ẩm, nhiệt độ thay đổi, độ rung, v.v.

Bộ mô phỏng pin đa cell PXI/PXIe dành cho hệ thống thử nghiệm BMS của Pickering cung cấp mô phỏng điện áp và dòng điện của pin Li-ion trong chu kỳ sạc/xả, giờ đây có khả năng cách ly điện áp tăng lên đến 1000V.

Các kỹ sư có thể tạo ra lỗi bằng cách sử dụng ma trận rờ-le và tải có thể điều chỉnh. Để nghiên cứu nhiều biến đổi khác nhau:

• Để đánh giá sự xuống cấp của BMS, các kỹ sư đặt nó vào buồng nhiệt để làm giảm tuổi thọ đi và theo dõi hoạt động của nó theo thời gian ở nhiệt độ cao.
• Để đánh giá cách BMS quản lý các cell pin nóng hoặc bị lão hóa, các kỹ sư sử dụng bộ mô phỏng nhiệt độ để tạo ra môi trường có nhiệt độ khắc nghiệt và ghi lại phản hồi của BMS thay vì đặt các bộ pin thực tế vào buồng nhiệt.
• Để kiểm tra độ rung, các kỹ sư mô phỏng môi trường bằng cách sử dụng bàn lắc có các mức gia tốc phù hợp với cấu hình rung trong thế giới thực.
• Để mô phỏng các sự cố về điện, các kỹ sư đưa vào các mạch điện ngắn mạch và các tiếp điểm mở. Những thử nghiệm này có thể cần phải chạy liên tục trong nhiều tuần hoặc nhiều tháng để xác nhận độ tin cậy. HIL cho phép các kỹ sư mô phỏng các kịch bản đa dạng này trước khi sản xuất

Trong quá trình thiết kế BMS, mô phỏng HIL cho phép các kỹ sư tối ưu hóa các thành phần hệ thống quan trọng như thuật toán cân bằng, đảm bảo tất cả các cell pin đều được sạc/xả như nhau.

Sau đó, trong quá trình đánh giá, hệ thống HIL giúp đánh giá phần cứng và firmware BMS đã sẵn sàng sản xuất. Ở đây, trọng tâm chuyển sang mô phỏng các lỗi trong thế giới thực bằng cách đưa các lỗi nhất quán vào các bài thí nghiệm lặp đi lặp lại. HIL cho phép các kỹ sư xác nhận các bản sửa lỗi và mức tăng hiệu suất chuẩn theo thời gian. Mục tiêu là xác định và giải quyết các vấn đề trước khi triển khai đồng thời đẩy nhanh các cải tiến trong tương lai.

Các mô-đun chuyên dụng để kiểm tra BMS

Tận dụng tính linh hoạt của cả PXI và LXI cho Bộ kiểm tra BMS HIL

Tính linh hoạt là chìa khóa cho hệ thống BMS HIL. Các kỹ sư cần mô phỏng các cell pin đã xuống cấp, thêm các thành phần mới và phát triển các thử nghiệm dựa trên dữ liệu trong thế giới thực.

Các nhà sản xuất ô tô cũng phải đối mặt với những thay đổi về hóa học của pin khi các nhà cung cấp pin thay đổi do giá cả và tình trạng hàng hóa sẵn có. Với hệ thống HIL linh hoạt, các kỹ sư có thể bắt đầu mô phỏng thành phần hóa học mới của pin hoặc đánh giá thành phần hóa học mới tiềm năng trước khi nhận được các cell pin vật lý.

Các nền tảng mở như PXI và LXI cho phép người dùng sửa đổi hệ thống HIL sau hơn một thập kỷ sử dụng. PXI lý tưởng khi cần đồng bộ hóa thời gian và mật độ kênh cao, trong khi LXI mang lại sự linh hoạt hơn về kiểu dáng. Cả PXI và LXI đều được hỗ trợ bởi các tập đoàn, PXISA và LXI Consortium, đảm bảo khả năng tương tác và các thử thách trong tương lai.

Pickering Interfaces cung cấp cả giải pháp mô phỏng và chuyển mạch PXI/PXIe có tính tương tác cao trong máy chính LXI. Tính linh hoạt này cho phép khách hàng tận dụng tối đa cả hai nền tảng.

Ví dụ: các thành phần quan trọng về thời gian như card xử lý có thể tận dụng PXI, trong khi các mô-đun tập trung vào I/O sử dụng LXI được tối ưu hóa chi phí. Khối lượng công việc có thể được phân chia theo tổ hợp PXI/LXI để tối ưu hóa về mật độ, thời gian và chi phí. Môi trường phần mềm hợp nhất của Pickering Interfaces cũng giúp đơn giản hóa việc tạo bài kiểm tra. Sự hỗ trợ tích hợp cho PXI và LXI trong một hệ thống sẽ mang đến cho khách hàng sự linh hoạt độc đáo để tùy chỉnh các giải pháp cho nhu cầu HIL cụ thể.

Pickering Interfaces cung cấp hỗ trợ cho sản phẩm dài hạn, với một số mô-đun gốc từ năm 1998 vẫn được hỗ trợ. Điều này bảo vệ người dùng khỏi các vấn đề lỗi thời và cho phép họ tái sử dụng các khoản đầu tư hiện có khi mở rộng hoặc nâng cấp hệ thống. Với các công cụ mô-đun của Pickering Interfaces, người dùng có thể dễ dàng mở rộng số lượng kênh, tích hợp thiết bị mới và tối đa hóa việc tái sử dụng trên các chương trình.

Tích hợp phần cứng kiểm tra BMS hiệu quả

Trong khi một số nhà sản xuất ô tô lớn có đội ngũ nội bộ để thiết kế hệ thống HIL thì hầu hết các công ty đều chuyển sang các nhà tích hợp chuyên nghiệp như DMC để xử lý việc tích hợp.

“Việc xây dựng một hệ thống HIL tùy chỉnh đòi hỏi phải có kiến thức chuyên môn về thiết bị đo, điều khiển thời gian thực và mô phỏng. Đối với các công ty tập trung vào một hệ thống con cụ thể như BMS, việc nhờ một nhà tích hợp xây dựng bộ thử nghiệm HIL thường hiệu quả hơn về mặt chi phí, tận dụng các nền tảng đã được chứng minh như PXI và LXI,” Brent Hoerman, Giám đốc cấp cao của DMC Inc. cho biết.

Thử nghiệm BMS cho xe điện là điều cần thiết để đảm bảo độ an toàn, độ tin cậy và hiệu quả của pin xe điện. Nó bao gồm các chiến lược thiết kế và thử nghiệm toàn diện, các thử nghiệm cụ thể trong môi trường sản xuất và nghiên cứu liên tục về dự đoán lỗi pin dựa trên dữ liệu. Việc sử dụng bộ kiểm tra HIL trong cả quá trình thiết kế sản phẩm để kiểm tra các tính năng và điều chỉnh mới cũng như trong quá trình xác thực để đánh giá hiệu suất cuối cùng cho phép các kỹ sư phát triển BMS có thể vận hành một cách tự tin thông qua các lỗi chính và phụ đã được dự kiến.

Với nền tảng phần cứng linh hoạt, các tổ chức sẽ tiết kiệm chi phí và đầu tư phù hợp với tương lai bằng thiết bị đo có thể dễ dàng được hỗ trợ, mở rộng quy mô và tái sử dụng theo thời gian.

Các thông tin liên quan