电池管理系统硬件在环测试系统研究

随着电池技术日新月异的发展,电池管理系统(BMS)的技术也面临着新的挑战,搭建具有开放性、灵活性、可扩展性的电池管理系统硬件在环(HIL)测试系统尤为重要.基于RT-LAB搭建实时仿真平台,实现与电动汽车仿真软件Advisor软件的联合仿真,通过LabView设计仿真测试管理软件,从而实现不同负载模型切换,充电过程通讯...     

基于RT-lab的电池硬件在环模拟器研究

随着混合动力汽车和纯电动汽车的发展,能量存储装置对汽车的安全性和可靠性的影响越来越受到重视。电池管理系统(BMS)是提高车辆安全,延长电池寿命,减少能量损耗的关键。如何对BMS的软件和硬件进行开发和验证变得非常重要。使用实际的电池进行相关的研究,会带来极大的不便之处,如实验耗时长、可重复性差、故障注入危险以及难以复现等;而单纯的软件模型不具备实时性也没有硬件的连接,可验证的功能非常有限。为了克服这些困难,使用RT-lab平台针对BMS构建了一个硬件在环测试平台,具有很好的可调性、实时性、灵活性和普适性,可以全面地对BMS进行测试,节省成本和时间。     

针对硬件在环的电池模型研究

硬件在环可以有效地减少电池管理系统(BMS)的开发时间,方便地对BMS进行测试,减少控制不当产生的风险。而针对BMS控制设计的电池模型需要对每一节单体电池进行模拟,这样会严重增加计算负担,而硬件在环系统需要保证快速运行,这就使电池模型设计非常困难。使用全新的方法来对电池模型进行设计,在保证模型具有所有功能的情况下,显著地提高了模型的运行速度。     

基于LabVIEW的蓄电池测试实验平台设计与实现

随着移动性电子设备的广泛应用和电池技术的不断发展,蓄电池的测试实验平台在电池的研究探索过程中显得越发重要。为了实现实时监控蓄电池的电压、电流、温度等数据,以及蓄电池的充放电状态切换的功能,设计了一种基于LabVIEW的蓄电池测试实验平台。实验平台由硬件和软件两部分组成,首先从数据采集卡接口电路和充放电状态切换电路等硬件电路详细介绍了系统的硬件组成。平台采用基于LabVIEW进行上位机开发,其次从电子负载通信模块和数据采集与数字量输出模块等方面阐述了系统的主要软件组成。最后实验表明,平台具有良好的实时测试功能,能实时监控蓄电池的健康状态。     

基于RT-LAB的储能变流器硬件在环实时仿真

本文通过搭建电池储能系统、储能变流器拓扑结构的实时仿真模型,并结合储能变流器的嵌入式控制器,构建基于RT-LAB实时仿真系统的电池储能变流器硬件在环实时仿真平台,利用实时仿真平台研究储能变流器嵌入式控制器的控制机理。实验结果证明:所搭建的硬件在环实时仿真平台运行良好,其充放电过程的仿真结果与实际储能变流设备输出结果较为一致,可用于验证所开发的储能变流器的调节机制以及电池储能系统的充放电过程,为电池储能变流器控制策略的验证提供了理想的半实物仿真研究平台,为储能变流器在新能源发电等新兴领域的应用研究奠定了基础。     

BMS中基于TC265芯片的CAN通信模块设计

在BMS与其他ECU通信的过程中,电池管理系统完成的工作主要包括对电池电压、电流、温度等信息的监控,实时监测电池的状态从而实现对电池的保护。以TC265为主控芯片,采用主从一体式的布置方案设计的电池管理系统,对其中的CAN总线通信模块进行设计,包括CAN控制器、CAN收发器以及保护芯片模块,介绍了CAN通信模块的软件设计和硬件电路设计,同时通过Labview搭建的上位机进行测试,测试结果表明所设计的CAN通信模块在以TC265为主控芯片的电池管理系统中具有可靠性好、通信性能稳定等特点。     

电动汽车电池管理系统抗工频磁场设计

针对电动汽车电池管理系统(BMS)采集模块输出的电压信号容易受到外界工频磁场(PFMF)干扰的问题,提出了一种抗工频磁场干扰的采集模块的设计。分析BMS采集模块工频磁场干扰的机理,对采集模块进行硬件抗干扰和软件滤波设计;依据GB/T 17626.8要求,搭建工频磁场抗干扰测试平台,按照测试等级5对采集模块进行测试。测试结果表明,优化设计的BMS采集模块不仅结构简单,容易实现,且能有效滤除50 Hz工频干扰,提升BMS采集模块的抗干扰性能,对电动汽车抗干扰设计具有一定的参考价值。     

电动汽车BMS电磁兼容性能优化研究

电池管理系统(BMS)是电动汽车能量管理的重要部分,它提供整车控制策略的重要参数,由于电池管理系统工作于电动汽车恶劣的电磁环境之中,所以提高BMS的抗电磁干扰性能对于保证整车的安全可靠运行至关重要。基于长安中混电动车平台,分析了车内电磁环境及其对BMS的耦合干扰机理,并研究了BMS的有效电磁兼容性设计技术,重点提升了BMS的抗干扰性能。试验结果表明,经优化设计后的BMS能良好地适应电动车复杂的电磁环境。     

电池管理系统监测平台的设计

在电动汽车动力电池组充放电过程中,必须通过电池管理系统对电池组总电压、充放电电流、工作温度、组内单体电池电压进行实时准确的监测,从而保证电池安全性,延长其使用寿命.本文搭建了基于LabVIEW的电池管理系统监测平台,实现了对电池多参数的实时采集、处理、显示、存储等功能,进而对电池的充放电过程进行有效控制,并为电池荷电状态(SOC)的估计算法的有效性测试提供硬件平台及软件接口.测试结果表明,该电池监测平台能够有效实现电池管理系统的监测,并具有一定的功能扩展性.     

基于Android平台的BMS无线监控软件设计

电池管理系统(BMS)是大规模微电网储能系统中的核心单元之一,储能系统的电池组充放电过程必须通过BMS对电池组总电压、总电流、荷电状态(SOC)、单体电池电压及温度等重要参数进行实时准确的监测。传统的监控系统运行于PC端,工作人员一旦离开监控机,便无法获知设备的运行状态,不便于实时监控和远程控制,针对这一弊端,开发了一款基于Android手机的BMS无线监控软件,可以实现对BMS运行参数的实时移动监控,提高了监控系统的及时性和灵活性。     

大功率电力牵引控制系统硬件在回路实时仿真

硬件在回路仿真可以有效地对电力牵引驱动控制器进行各种条件特别是极限、故障条件下的测试。本文采用dSPACE实时仿真器对大功率电力牵引驱动控制系统进行硬件在回路仿真,建立了电力牵引驱动系统的实时模型,采用双线性插值方法解决了由于固定仿真步长内发生的离散开关事件引起的误差。实时仿真与系统实验对比结果验证了实时仿真系统的有效性和可信度,在开发和测试阶段可以代替实际逆变器和电机进行实时闭环测试。     

Cell-BMS validation with a hardware-in-the-loop simulation of lithium-ion battery cells for electric vehicles

Battery management system (BMS) plays a critical role in the development of hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid vehicles (PHEVs) and battery electric vehicles (BEVs). The cell-BMS is the lower-level part of the BMS, which generally takes care of the individual cells directly, with functions mainly including voltage detection and cell balancing. In this paper, a configurable battery cell emulating system is developed to implement the hardware-in-the-loop (HIL) validation of the cell-BMS. The battery cell dynamics is simulated with a parameter-configurable equivalent circuit model consisting of three resistors, two capacitors and a SOC-controlled voltage source. The HIL system emulates battery cell dynamics to validate the function of voltage monitoring. With the bi-directional and power-amplified outputs, the system can also evaluate the performance of both active and passive cell balancing module. Meanwhile the emulated cells can be connected in series, and can be adapted to simulate some faults, e.g., over-charge and over-discharge as well. Initial testing cases using a cell-BMS prototype for the LiMnO₂ based battery cells show a good performance of the system. The system standardizes function validation of the cell-BMS before the design finalization and thereby accelerates the BMS development and reduces the development costs.     

模块化多电平变换器模拟仿真技术

为降低实时仿真器的成本,提高仿真性能,提出了一种针对功率变换器的实时模拟仿真方法,该方法具有天然的实时处理开关信号及模拟信号的能力,且其仿真速度与系统规模及复杂性无关。以电子模拟开关和运算放大器为核心,分别模拟实现了功率变换器数学模型中的开关函数和数学运算,并针对模块化多电平变换器(MMC)设计了MMC模拟仿真方法及电路,同时研发了MMC模拟仿真平台。通过仿真和实验验证表明了所提方法的可行性和有效性。     

五相内置式永磁同步电机硬件在环实时仿真平台的实现

针对车用五相永磁电机构建了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的硬件在环(HIL)实时仿真平台.在FPGA中建立采用定点与单精度浮点相结合的电机驱动系统数学模型,构建半实物电机系统;将其与dSPACE控制器连接,组成HIL实时仿真平台.将实时仿真结果与MATLAB/Simulink离线仿真对比,对比结果说明HIL平台不仅能实现对控制器硬件与软件的在线实时测试,而且在仿真精度上更加逼近车用电机的实际工况.     

基于交叉耦合效应的车用内置式永磁电机转子位置估计

该文提出一种基于滑模观测器和基于凸极效应信号注入相结合的、考虑电机中电感交叉耦合效应的内置式永磁同步电机无速度传感器控制方法。系统在硬件在环平台中实验。直轴和交轴电感间的交叉耦合效应由有限元法算得。所提出的方法能使内置式永磁同步电机获得更好的运行性能。硬件在环平台验证了Matlab/Simulink的结果。样机实验得到的结果与Matlab仿真以及硬件在环实验的结果相吻合。实验结果表明,所提出的算法是有效的,硬件在环平台在一定程度上能模拟样机实验。     

单周期控制在牵引传动系统拍频抑制中的应用

针对电气化铁路单相交流供电及列车网侧牵引变流器拓扑特点所引起的牵引电机拍频问题,首先分析了直流侧电压存在2倍电网频率脉动的特征,针对直流侧无LC滤波器的交-直-交电力牵引传动系统,揭示了当逆变器的工作频率接近2倍电网频率时电机拍频现象最为严重的原因。然后利用单周期控制在输入电压脉动时仍能满足伏秒平衡的原理,并结合间接转子磁场定向矢量控制,提出将单周期控制算法作为牵引逆变器的调制策略,实现牵引逆变器-电机系统的无拍频控制。最后,搭建基于OP5600/RT-LAB实时仿真器与DSP TMS320F2812控制器的牵引传动系统半实物实验平台,对传统空间矢量脉宽调制与单周期控制算法进行了半实物实验对比验证,结果表明单周期控制算法能有效地抑制电机的拍频现象。     

Development of a real-time digital control system with a hardware-in-the-loop magnetic levitation device for reinforcement of controls education

This paper discusses the development of a real-time digital control system with hardware in the loop (HIL) for modeling and controls education. This environment requires software tools by MathWorks, Inc. and a C++ compiler. The hardware tools include an off-the-shelf data acquisition card and the desired hardware to be controlled. The use of a single environment for dynamic system analysis, control law development, simulation evaluation, and final implementation on an HIL system has many educational advantages as compared to multienvironment settings. This host-target real-time environment is implemented and demonstrated by controlling a nonlinear, open-loop unstable, and time varying custom-built magnetic levitation device. The values of any parameter (control law, reference trajectory) in the Simulink model can be changed dynamically on the host computer without recompiling the control code, and their effects are observed in real-time on the HIL system. This environment allows for extensive experimentation, development of linear and nonlinear controllers, and performance comparison with HIL as shown in the presented examples. The educational features of this environment are presented throughout the paper and were verified in a class setting.     

Magnetic levitation hardware-in-the-loop and MATLAB-based experiments for reinforcement of neural network control concepts

This paper discusses the use of a real-time digital control environment with a hardware-in-the-loop (HIL) magnetic levitation (Maglev) device for modeling and controls education, with emphasis on neural network (NN) feedforward control. Many educational advantages are realized for the students if a single environment is used for simulation, hardware implementation, and verification as compared with multienvironment settings. This real-time environment requires two personal computers (host and target) employed to control an HIL system. It requires software tools by MathWorks, Inc., a C++ compiler, an off-the-shelf data acquisition card, and the HIL (a nonlinear, open-loop, unstable, and time-varying, custom-built Maglev device) to be controlled. This environment provides for experimentation, such as data collection for system identification using NNs and their implementation as static nonlinear feedforward controllers. In addition, this environment was used to implement and demonstrate NNs with real-time dynamic weight tuning and controller performance comparison under various inputs or changes in the HIL device dynamics, as shown in the presented examples. The educational features of this environment were verified in a classroom setting in a graduate-level NN class. The presented environment is applicable to senior or graduate level (introductory intelligent and digital control) or a general introductory course on NNs with applications.     

基于HIL仿真试验平台的动车组电机缺相故障研究

牵引控制系统中异步电机定子绕组发生故障,导致定子绕组不对称连接,严重影响动车组(EMU)牵引控制系统的安全稳定运行。针对牵引控制系统中异步电机定子一相绕组缺相故障,考虑端电压约束条件,推导电机一相缺相的数学模型,并基于硬件在环(HIL)仿真试验平台对数学模型进行验证。详细阐述了HIL测试平台的系统框架,设计实现方法,软硬件连接配置。将Xilinx软件下搭建的电机缺相数学模型下载至dSPACE仿真机上运行,与牵引控制单元(TCU)连接,进行HIL仿真,通过检测算法对电机缺相故障作出判断与处理。结果表明该仿真测试平台的有效性,可提供接近真实的测试环境,为牵引控制系统电机缺相故障诊断与算法功能开发提供了理论基础和设计依据。     

基于RTDS的APF硬件在环仿真系统

有源电力滤波器(APF)的离线仿真只能保证控制算法正确,而无法反映实际运行时的动态性能。针对这一问题,建立了实时数字仿真器(RTDS)和APF联合的硬件在环(HIL)仿真系统并进行了相应的研究。介绍了APF的关键技术、RTDS的建模方案以及HIL仿真系统的组建策略,并详细分析了该仿真系统的运行环境。对比APF的PSCAD离线仿真、RTDS实时仿真、HIL仿真,结果表明HIL仿真系统能够反映实际运行中存在而在离线仿真中无法体现的诸多问题。在此基础上对采取补偿方法后的仿真结果进行了研究,表明HIL仿真系统能在本质上反映实际运行情况,能够真正检验APF的性能。