电动车电池系统硬件在环仿真平台分析

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1、哈尔滨理T人学工学硕lj学位论文1．1课题背景第1章绪论世界上最早的汽车原本是电动车，但是由于石油和内燃机这对实力强劲搭档的出现，在成本上战胜了当时成本尚高的电动车，使热机汽车成为近现代汽车的主流111。然而地球的资源并不是无限的。石油资源越来越少，价格也越来越昂贵，这又促使了电动车的卷土重来【2i。燃料电池、化学电池、混合动力汽车作为电动车的三大重要分支f3】，成为了未来世界汽车产业的发展方向。1．2硬件在环技术在汽车开发中的应用硬件在环(Hardware．in．the．100p)应用是一种为设计和测试工程师设计的应用工具，主要用

2、于在开发新系统，生产线以及车辆时对各个组成部分进行评估和验证14J。现代工程开发一般都遵循V型图结构，如图1-1所示。V型图从左向右可以并行实施，依次由需求．系统级规范．子系统设计．子系统．子系统集成和调试．系统级集成和测试．完成集成和测试共计7个部分组成。硬件在环仿真系统可以应用于子系统设计、子系统、子系统集成和调试、系统集成和调试进程中的多个方面。图1-1产品开发的V型图Fig．1-1V-graphinproductdevelopment哈尔滨理r人学T学硕一lj学位论文在很多的场合中，新的组件是先经由软件建模的。设计师们会首先

3、在仿真软件中对组件模型进行仿真，测试其与汽车剩余部分的兼容性，在制造原型前对运算法则和运行方式进行调整。这类的应用通常被称为联合仿真，就是把新组件模型作为整体的一部分进行软件仿真【5J。经过系统仿真后的软件模型在接下来的阶段被放置在一个硬件在环应用系统中，对其进行硬件在环仿真。硬件在环技术的最大优势在于车辆原型的设计方面，特别是在一个项目的早期，可以大大的节约整个项目的开发时间，并节约开发人员的精力和所需要投入的资源。在汽车开发项目中，经由硬件在环技术，开发人员可以很大的程度上将原型汽车的开发时间延后，这样在汽车投入批量生产之前，可

4、以经历更少的大范围改动。1．3电池硬件在环仿真的作用国内对电动车电池的研究一直是在两个方向进行的：电池厂商专注于电池的本体，进行化学构成、制造工艺等偏化学放慢的研究；汽车厂商关心电池的性能，负责电池管理系统、整车运行等偏电气方向的研究。这样就导致了在电动车的开发流程中缺少“整车开发"的概念。电动车的开发，是集电化学、电气工程、机械工程、车辆工程等多学科综合的综合性工程，对电池的特性研究需要从电池的启用一直研究到电池的报废为止。但是从另一方面，实际研究条件下，由于研究时间和经费等诸多实际因素的限制，对一种电池的研究不可能达到这种程度。

5、通常电池管理系统的设计者只能从电池厂商那里获得电池充放电的大致数据，用这样的数据，很难进行深入的研究。所以，应用硬件在环技术建立起一个能进行电池特性仿真的平台，是很有必要的。1．4国内外研究现状国内外的研究主要集中在对电池管理系统的硬件在环仿真，并有部分燃料电池的研究进展可做参考161。哈尔滨理T人学丁学硕}：学位论文1．4．1国内研究现状清华大学是国内首先开始研究电池仿真的研究机构，研究对象是燃料电池。由于当时的计算机软硬件条件限制，他们采用核心是通过三台装有Neutrino实时操作系统的PC机构建一个网络，让三台计算机进行分布式

6、实时计算，在网络间进行信息传输m。于此同时，清华大学还是使用了另一套基于dSPACE的燃料电池硬件在环仿真方案，仿真目标侧重于燃料电池动力系统模型以及能量管理算法【8l。华中科技大学以dSPACE为核心建立了_套硬件在环仿真系统。建模使用了状态选择机制，即将整个电池管理系统中同时运行安时积分法、脉冲电压法、电压恢复法、最大功率法四种方法，再经由SOC判断原则进行判定，选出正确的一个SOCl9]。在研制“楚天一号"燃料电池汽车时，武汉理工大学燃料电池汽车控制器的硬件在环仿真系统，系统以dSPACE硬件为核心【lai，应用Control

7、Desk软件为手段，实现实时仿真功能。1．4．2国外研究现状最新一代宝马7氢．油双燃料混合动力汽车的设计阶段，工程师就引入了HIL的概念。宝马公司的氢动力汽车，在发动机安全控制阶段使用了HIL技术进行设计，并且还大量使用了虚拟仪器技术【11l，是虚拟仪器与硬件在环仿真结合的一个良好范例。西班牙马德里卡洛斯三世大学研究人员建立了一个通用的HIL平台，不论燃料电池汽车还是电动车，都可以通过改变模型来使用他们的系统对电池在某一种工况下的表现进行验证。这套平台的主要组成是一个可编程直流电源，一个电子负载以及一套美国国家仪器(NI)公司的PX

8、I嵌入式控制器。可以在30秒内进行1000A以上的放电【12i。系统构架如图1．2所示。法国国立贝尔福．蒙比利亚工程技术大学的研究人员在进行质子交换膜(PEM)燃料电池的研究时，为防止对昂贵的燃料电池造成迅速且严重的损害，实验人员基于