汽车BMS技术分享及其HIL测试方案

1、BMS技术简介：

在全球碳中和目标的战略驱动下，新能源汽车产业正以指数级速度重塑交通出行格局。动力电池作为电动汽车的"心脏"，其性能与安全性不仅直接决定了车辆的续航里程、使用寿命等关键指标，更深刻影响着消费者对电动汽车的市场接受度。

而电池管理系统（Battery Management System, BMS）是动力电池安全运行与性能释放的核心技术支撑。

BMS用于监控、管理和保护电动汽车动力电池组，其主要功能包括实时采集电池的电压、电流、温度等参数，评估荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）等，并通过均衡管理、热管理及安全保护策略延长电池寿命，确保安全运行。

BMS的典型拓扑结构主要分为集中式和分布式两种。在汽车行业中，分布式架构BMS因其良好的可扩展性和模块化设计而被广泛采用，其技术架构如图所示。

在该架构中，BCU（从板模块）直接与各电池单体连接，负责采集电池单体的电压、温度等关键参数信息，同时执行电池均衡控制。各BCU通过先进的总线通信技术将采集到的电压、温度等数据传输至BMU（主板模块），其中SPI菊花链通信和CAN通信是目前行业内主流的两种总线技术方案。

BMU通过专用接口及总线系统获取这些必要信息，并基于预设的算法模型实现电池状态估算、故障诊断及安全管理等核心功能。

目前BMS的发展趋势：

01 智能化升级：

AI驱动的SOH估算误差可降至3%以内，并支持寿命预测。

02 无线BMS：

采用蓝牙或Wi-Fi减少线束复杂度，特斯拉、通用、宝马等车企均已开始相关布局。

03 固态电池适配：

针对固态电池低内阻特性开发新型均衡策略与热管理方案。

04 域控化整合：

动力域控制器集成BMS、电机控制等功能。

2 HIL测试的必要性：

BMS性能直接影响动力电池能量利用率和寿命，是决定电动汽车安全性和续航里程的核心技术，随着电池能量密度提升、快充技术迭代和极端工况需求增长，BMS的复杂性也呈几何级数攀升。在《电动道路车辆安全规范》框架下，电池管理系统（BMS）需同时满足功能安全、热失控防护及网络信息安全三重技术规范。

在传统开发模式下，电池管理系统（BMS）的验证工作面临诸多挑战，这些因素（如下所示）共同制约了BMS验证的效率和可靠性。

挑战与制约因素：

1、测试验证效率较低，难以满足快速迭代的开发需求；

2、极限工况的覆盖存在较大困难，无法全面模拟各种极端场景；

3、隐性缺陷的追溯问题突出，软件逻辑漏洞或硬件兼容性问题往往在后期才被发现；

4、研发成本持续攀升，测试所需资源和设备投入巨大。

HIL（硬件在环测试）技术的突破性应用，为BMS开发开启了数字孪生新时代。通过构建高精度电池模型与实时仿真环境，工程师可在实验室中即可完成全生命周期、全工况场景的闭环验证，并通过自动化测试，实现科学、全面、重复的BMS功能测试，提升BMS控制策略验证效率、缩短开发周期、降低测试成本、提前识别并拦截失效风险。

当前，全球顶尖车企与Tier1供应商正加速布局BMS HIL测试体系，以此提升算法迭代速度、提升算法精度、提升测试效率、提升产品良品率。这场"虚拟验证革命"不仅重新定义了动力电池开发流程，更铸就了智能电动汽车时代的核心竞争力壁垒。

BMS HIL测试系统主要包括以下三部分：

01 上位机

• 开发和编译电池实时仿真模型；
• 通过试验管理软件，搭建上位机界面，实现实时在线调参、波形显示、数据记录等操作；
• 通过自动化测试软件，开发测试用例，一键测试执行，并输出测试报告。

02 实时仿真系统：包括实时系统、通用IO系统、高压负载仿真组件、故障注入系统、电池模拟器等等。

03 被测控制器：待测的BMS电池管理系统。

4 仿真模型：

电池模型：

电池模型基于 3阶RC等效电路模型搭建，电池模型可精确模拟电池单体及电池包的工作特性。其详细信息如下：

01 建模环境

• 基于MATLAB/Simulink平台进行系统建模与仿真；
• 提供基础功能性模型和精确物理外特性动态模型。

02 电特性模拟

• 实时模拟SOC、温度、充放电电流对电池电压的影响；
• 支持电池串联、并联等多种拓扑结构的仿真；
• 可监测任意单体电压、电池总成电压及输出电流；
• 支持外接充电与能量回收充电过程的模拟。

03 热特性模拟

• 模拟单体间的温度差异及其变化；
• 支持BMS风扇、水泵控制信号的响应与特性模拟。

04 故障模拟

• 可模拟SOC过高/过低等极端工况
• 支持电池过流故障的仿真
• 可实现母排过压故障的仿真
• 文章转自知乎，作者苗小露，目的为了传播更多信息，如有侵权请联系删除。