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基于電池模擬器的 EV 動力系統檢測方法
隨著世界各國禁售燃油車時間表的公布以及汽車電氣化的加速發展，新能源汽車成 為各國政府重點推進和扶持的產業，以擺脫對石油的依賴，同時解決環境污染等問題。 然而，在改革的同時，汽車工程師也面臨著新的測試挑戰。新能源汽車使用的電力電子 器件大約是傳統燃油車的三倍，如何滿足新能源汽車高壓大功率測試，以及如何驗證純 電動推進系統的動力性能和經濟性能，成為工程師首要關注的問題，ITECH 為工程師提 供全新的動力系統測試解決方案----高速，高壓，高功率，高性能。 一、何為純電動車的動力系統？ 相比較傳統燃油車的動力系統結構，純電動車動力系統（EV Powertrain System）主 要由動力電池、電動機和減速器構成。純電動車取消了燃油發動機裝置，使用動力電池 作為整車的動力源，通過電機控制器驅動電機運轉，電機輸出的轉矩再經過減速器帶動 車輪前進或后退。并且當車輛剎車時，制動能量反向給動力電池充電，以延長續航里程。 因此本質上，純電動車的動力系統是將電能轉換為機械能；而傳統燃油車則是將化 學能轉換為機械能。不同的工作原理，也增加了純電動車動力系統的驗證難度。汽車工 程師首要面臨的是高壓大電流的接線以及操作方面的安全性問題；另一方面，使用真實 的動力電池測試，存在測試效率低及電池爆炸等風險。所以，顯而易見，若使用電池模 擬器替代真實的動力電池，將對汽車工程師研究電推進動力系統的動力性能和經濟性能 具備重要的意義。 二、純電動動力系統的測試新挑戰？ 純電動車的續航里程以及充電時長一直是各大新能源廠家重點攻克的難題。除了提 升整車的傳動轉換效率，選擇能量密度和功率密度更高的動力電池，不僅能讓整車輕便， 同時又增加了續航里程。而實驗室中，工程師通常需要在車輛未定型之前，驗證不同類 型的動力電池與關鍵零部件之間的匹配性，以及仿真電池在不同環境下對動力系統的性 能影響，這也成為當下整個行業亟待解決的測試難題。 縱觀目前的新能源車發展趨勢，純電動車的動力系統性能測試主要面臨三方面的挑 戰：
1) 高壓大功率的發展趨勢純電動車的電池功率和電壓等級有從 300V/400Vdc 發展為 800V/1000V 的趨勢。高壓系統可以縮短充電時間，同時減少內部布線的總面 積。目前多數的新能源廠家如典型的特斯拉，其 Model 3 動力電池電壓為 350Vdc， 容量為 230Ah，而保時捷的 Taycan 和 Aston Matin 的電動超跑則采用 800V 的動力電 池結構，號稱 20min 充滿 80%電量。 汽車工程師在選擇電池模擬器時，可能需要同時考慮兩種電壓等級的存在，并考慮 電池功率越來越高的發展趨勢。ITECH 的 IT6000C 系列為用戶提供靈活的功率配置方案， 如下圖是 IT6000C-360kW 的機柜，用戶可以將機柜拆分為 4 套 90kW 的設備使用，亦可 并聯為大功率 360kW 設備。IT6000C 全系列并機后功率最高可達 1152kW，電壓可達 2250V，滿足用戶不同功率段的需求。
2）高速充放電狀態切換
在車輛行駛中，隨著車輛的加速和減速，電池不斷地切換于充電和放電狀態。目前， 絕大多數工程師采用獨立電源和負載組合方式模擬電池的雙向流動特性，而隨著動力系 統測試要求日益嚴苛，手動切換已經無法滿足需求。即便通過編程切換，典型的編程響 應時間大約為 50ms-100ms，而真實電池的充放電狀態切換幾乎是瞬態完成。
ITECH 的電池模擬器采用雙向源載一體技術，具備“無縫”切換能力，為工程師避 免上述的問題。
3）動力電池特性仿真及 BMS 協議兼容性
目前新能源車主流的動力電池類型為三元鋰和磷酸鐵鋰，比亞迪推出刀片電池，即 超級磷酸鐵鋰，其相比較傳統的磷酸鐵鋰具備更高的功率密度。而特斯拉也逐漸使用 21700 電芯替代原先的 18650。 動力電池技術的不斷迭代，使得電池模擬器的仿真難度進一步提高。工程師不僅要 滿足當下電池特性曲線的仿真，又要應對不斷變化的新型電池的特性仿真。另一方面， 為了提升車輛的續航里程，以油電混合動力系統以及氫燃料電池動力系統為結構的新能 源車型，也被廣泛地采納。針對這類混動車型（油-電，燃料電池-鋰電池），其能源管 理策略是重要的一項研究。在這類測試中，電池模擬器除了仿真電池的“無縫”雙向流 動特性，還需要仿真電池的 BMS 功能，實現與 PDU，VCU 等控制單元的交互。
三、ITECH 電池模擬器與傳統解決方案的不同及優勢
面對上述的測試挑戰，僅僅模擬電池的雙向流動特性是不夠的。真實的電池在使用 中其特性曲線受到內阻，環境溫度以及放電深度的影響，并最終影響整車的動力性能以 及能量管理分配策略。因此，汽車工程師在動力系統研究工作中，離不開對電池特性的 仿真模擬，而不能僅考慮理想滿電壓或某一固定電壓點對動力性能的影響。ITECH 的 BSS2000 Pro 電池模擬器仿真軟件是 ITECH 針對新能源車動力系統研究推出的最新解決 方案。利用該套軟件，工程師可以輕松地從電池類型庫中調取對應的電池特性曲線，例 如磷酸鐵鋰和三元鋰。而面對汽車行業不斷涌現的新型電池，像上一段一提到的“刀片 電池”，BSS2000 Pro 提供.mat 文件導入功能，工程師可以通過第三方 MATLAB 工具構 建電池數學模型，最后導入 BSS2000 Pro 進行模擬，或導入實測的特性曲線。BSS2000 Pro 不僅為滿足當下的需求而研發，更輕松應對汽車行業不斷變化的需求。
1）內置多達 8 種類型電池特性曲線 （磷酸鐵鋰，三元鋰…）
2）對新型動力電池特性仿真，提供用戶自定義和.mat 文件導入功能
3）初始容量 SOC 設定功能
4）SOC&OCV 上下限保護參數設定功能
5）支持以 CAN 報文發送電池模擬器電壓、功率、電流及 SOC 狀態
6）實時監控電池模擬器的狀態（電壓，電流，功率、充電容量/能量）
7）完善的報表功能
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