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新能源车企关注的核心单元 考验仿真测试系统的能力

2023/11/20
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自从在中国设立分公司品英仪器(北京)有限公司之后,品英Pickering集团加大了在中国市场的活跃度,为其看好的市场投放影响。

舌簧继电器起步,经过近60年的发展,Pickering的产品已经涵盖航空航天/国防、汽车/轨道交通、半导体和医疗相关的测试测量领域,该公司强调自己是测试行业唯一一家具有从元器件到整机生产制造能力的公司。

最近,Pickering参加了中国国际进口博览会(进博会)。作为一个国家级的展会,进博会为国际采购、投资促进、人文交流和开放合作提供了一个高规格的平台。展会期间,Pickering展示了该公司最新的半导体、汽车电子、航空航天和行业通用产品,包括舌簧继电器、模块化信号开关和仿真技术、软件线缆连接器

一些重点产品令人关注,例如业界首创的可实现高达110GHz带宽的微波信号切换的PXI/PXIe微波开关系列,可提供超过EMR 300倍的使用寿命和60倍的测试系统吞吐量的基于MEMS的PXI和PXIe RF多路复用器,LXI/USB模块化机箱,成套LXI微波开关和信号路由子系统,免费微波开关设计工具,以及传感器仿真仪器等产品。

这已经是Pickering今年第二次参加在中国举办的大型展会,在7月份的慕尼黑上海电子展期间,该公司也展示了上述产品,响指之前对此做过详细介绍。而这次展会,响指重点关注到其用于航空和汽车的电池管理系统(BMS)测试和仿真产品,包括基于PXI的BMS测试系统、BMS硬件在环(HIL)仿真测试系统、汽车电池组仿真方案和用于故障注入测试的PXI故障注入单元(FIU)开关。

随着电力驱动的新能源汽车的日益普及,业界面临的一个重大课题是BMS的有效测试和验证。使用模块化的、基于PXI的开关和仿真模块的BMS测试系统在测试BMS时具有明显优势。Pickering全球营销和市场主管Joe Woodford表示,这是一种完全灵活的测试系统,可以灵活进行优化以精确满足需求,并可以轻松修改软硬件配置以满足不断发展的应用需求。而由于基于行业标准的开放式体系结构,模块化的、基于PXI的开关和仿真模块可有效延长系统使用周期降低设备淘汰风险,同时可以无缝集成源自多个供应商的仪器和通信模块。Pickering推出的PXI/PXIe电池模拟器具有模块化和可扩展的优势,为电池组仿真提供了一个理想选择。

图1、Pickering的多电池模拟器模块

作为衔接电池组、整车系统和电机的重要纽带,BMS承担了关键的安全功能、控制功能和调节功能。它不仅负责检测电压、电流和温度等参数来为SOC提供决策,而且还负责热管理和能量管理,以及电池单体的性能平衡等。因此,新能源车企都将BMS作为企业最核心的技术来看待,对BMS进行仿真测试也至关重要。

事实上,在新能源汽车的研发过程中,BMS HIL的仿真测试十分关键。通过BMS HIL测试系统,可以替换掉真实的电池包,在模拟环境中对BMS进行快速有效的测试,以便在各种不同的单体状态、环境条件和故障场景下,对BMS的各种功能进行全面的验证测试。此外,就整车的性能和安全性而言,通过BMS HIL仿真测试,可以提前发现并解决BMS潜在的问题。

一个完整的BMS HIL仿真测试系统包括上位机(PC)、PXI机箱、处理器板卡、数据采集板卡、CAN卡、电池模拟器、高压电源低压电源等,BMS HIL中必须提供与BMS控制器硬件IO信号相对应的资源及与BMS控制器控制策略相对应的整车模型、电池模型。针对BMS HIL仿真测试,Pickering提供了基于PXI/PXIe的机箱/控制器、开关和仿真模块等产品。

图2、Pickering用于BMS HIL测试的PXI开关和仿真模块以及机箱/控制器

航电、新能源汽车和储能这些都是仿真测试的典型应用领域。品英仪器公司产品与市场开发经理王琦表示,这些电控设备的共性是功能多样,探测信号通道多,产品快速迭代。同时这些电控系统又高度关联设备和人身安全,必须从研发到生产制造都经受严格的测试。不仅需要确保电控系统能高精度、快速地获取控制对象的运转状态,还要能够准确识别和应对控制对象和连接路径的异常、故障状态,乃至灾难状态。因而在对电控设备进行测试时,激励信号的参数——电压、温度、转速等——要远超过各种传感器的额定范围,同时还要仿真各种线缆开路、短路、漏电等现象,以及这些测试元素间的随机组合。这种特性决定了,为了确保测试的精确、可靠、以及安全,此类测试不能借助真实的传感器和被控件,只能通过专用的仿真仪器来实现。如何为这些测试来设计和制造高性能、种类丰富、易于使用的仿真仪器,是Pickering面对的挑战,也是该公司的研发重点。

王琦表示,Pickering近年来连续推出多种新品类的信号仿真仪器,为众多高价值电控设备提供了完善的功能测试与故障注入测试解决方案,包括广泛应用于航空电子、新能源汽车、轨道交通等领域的LVDT和RVDT传感器以及旋转变压器,以及针对新一代交通工具、电力、储能等领域广泛使用的锂电池燃料电池的上百种VDT仿真器和电池模拟器模块。这些方案可以根据具体的应用需求,灵活选择技术参数与通道数量。用户不仅能够获得高性能、高性价比、易使用的测试仪器完成当前的测试应用,同时,这些产品高度模块化的结构,也能为未来测试系统升级保留足够的空间。

除了上述产品,用于故障注入测试的PXI故障注入单元(FIU)开关也是Pickering在HIL方面的一个重要产品系列。故障注入测试是航空电子和汽车设计验证的一个重要环节,旨在模拟可能发生的情况,以确保系统在遇到故障时能够正常工作。这包括模拟电气故障,例如腐蚀、短/开路以及其他电气故障。此外,固件问题也是一个重要的考虑因素,因为它们可能导致系统故障。故障注入测试旨在检测系统在遇到这些故障时的行为,并评估其可靠性。为了进行有效的测试,必须了解故障的原因,这可能是因为老化、损坏甚至安装错误而导致的故障。通过故障注入测试,可以更好地了解系统的可靠性,并在实际运行中减少故障的可能性。

图3、Pickering故障注入单元开关

Joe Woodford表示,Pickering深刻认识到汽车和航空航天行业的发展对电子测试复杂需求提出的挑战,自1988年起,Pickering一直致力于设计和生产标准化和定制的开关和仿真系统,以及用于各类功能性测试和HIL仿真应用的仪器设备,用于对汽车和航天航空电控设备进行测试和验证。

除了PXI FIU开关,该公司用于HIL仿真的开关方案还包括用于模拟传感器的PXI程控电阻、用于模拟传感器的PXI毫伏热电偶仿真模块、用于模拟传感器的PXI LVDT/RVDT/旋转变压器仿真模块、4~20mA电流环仿真模块、铂电阻仿真模块,应变仿真模块和模块化信号接线盒等。

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