基于FPGA的硬件在环（HIL）测试系统助力新能源汽车开发

近几年来新能源汽车逐渐进入人们的生活，各大汽车品牌都在推出自己的电动汽车系列，如特斯拉、宝马、北汽、比亚迪、江淮等汽车厂商。新能源汽车的开发过程中最重要的要属电池管理系统，它的优劣好坏直接决定了汽车的性能以及续航能力，今天这里要向大家介绍的是捷豹路虎公司（JLR）在这方面的解决方案。

任何一款电动汽车设计之初都要考虑到汽车的驱动能力和续航里程。这是JLR工程师花费大量时间与精力研发电池管理系统（BMS）的原因：最长的使用寿命、最大的续航里程以及最可靠的安全性能。开发这样一个电池管理系统要解决的问题还包括防止过电压、过电流、发热过大以及能够在一些极端条件下正常使用。如果JLR工程师从一开始就使用实际的锂离子电池进行开发测试，他们将面临各种各样的问题，如充电问题、电池故障以及安全问题。这不仅会浪费资源同时也会大大降低开发效率。因此JLR工程师采用了Bloomy Control公司设计推出的电池管理系统硬件在环（BMS HIL）测试系统。这是一个实时的电池系统模拟器，能够有效的帮助工程师规避一些问题。

图1 Bloomy Control公司推出的BMS HIL实时测试系统

BMS硬件在环测试系统提供所有必需的输入信号，实时的操作系统能够执行各种复杂的固件算法。

支持200种互联锂离子电池模拟

最大提供1000V的直流电压

电流和温度传感器模拟

BMS控制I/O接口和通信模拟

故障检测和辅助系统测量

支持自定义插件或模块集成（Simulink、C++、LabVIEW等）

良好的人机界面，支持自动检测和报告

通过人机界面工程师可以实时查看模拟电池系统的状态，同时与实际锂离子电池相比这样的系统使得各项测试指标变得更加确定和准确，还能够模拟各种故障场景，如过电压、欠电压、过电流和欠电流等等。JLR工程师使用这套系统已经验证了四款不同的电池管理系统硬件架构，包括中央集中式的以及主从拓扑类型的。

图2 JLR工程师模拟了24个独立的锂离子电池模块（控制面板）

Bloomy Control公司是NI嵌入式控制专业联盟的成员，他们利用NI的基于FPGA的产品平台（如NI CompactRIO、sbRIO SOM、FlexRIO）进行了大量的开发。所有这些硬件平台都是基于Xilinx All Programmable FPGA器件或者Zynq-7000 SoC，同时这些平台也完全支持NI LabVIEW和LabVIEW FPGA系统开发工具。最后，这款BMS HIL测试系统已经入选NI工程影响力大赛评选的决赛。