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リアルタイム検証でコスト削減 EVのバッテリーマネジメントシステム(BMS)HiL試験

2024/10/08
Airbag

プロジェクト概要

電気自動車業界では、開発および検証段階で「X-in-the-loop」テストが非常に効果的であることが証明されています。この方法は、リアルタイムコンピューティングと物理データ収集を活用し、実際のテスト対象をシミュレートできます。そのため、従来のテスト方法に伴うリスクやコストを避けつつ、潜在的な故障を評価することが可能です。物理的なテスト対象を置き換えることで、テスト費用が削減され、設計から統合へのプロセスが加速します。

お客様は、電気自動車のバッテリーマネジメントシステムに対してハードウェアインザループ(HiL)シミュレーションテストを実施しています。このシステムでは、CAN FD通信を使用して、電子制御ユニットとデータ取得モジュール間で迅速かつ信頼性の高いデータ転送を実現し、電気自動車のバッテリーマネジメントシステムの性能データを収集します。初めは、リアルタイムプロセッサ、PXIシャーシ、I/O、CAN FDカードを搭載したシミュレーションプラットフォームを使用していました。しかし、電気自動車の普及とそのアプリケーションの最終ラインテスト(EoL)への統合が進む中で、機器の需要が急増しています。これにより、クライアントは現在、よりコスト効率の良い代替案を検討しています。具体的には、オフラインバッテリーテストにおける経済的で効率的なソリューションとして、実績のある高速PCIe I/Oカードと産業用コンピュータソリューションへの移行を進めています。

システム要件

このバッテリーマネジメントシステム(BMS)では、充放電サイクル、温度、湿度、CAN通信およびその他の車載通信を含むさまざまな信号を取得する必要があります。シミュレーションシステムを活用することで、バッテリーの実際の運転条件を効果的に再現し、正確な性能評価を実現します。

BMS HiLシステムは、電気自動車のバッテリーマネジメントシステム(BMS)の制御機能をテストするために使用されます。このシステムは、実車モデルをリアルタイムで実行し、さまざまなシナリオをシミュレートします。インターフェースカードを介してBMSコントローラに接続され、運転条件を効果的に再現します。

BMSコントローラは、バッテリーコントロールユニット(BCU)とバッテリーモニタリングユニット(BMU)の2つの主要な部分で構成されています。BMS HiLシステムでは、バッテリーシミュレーションデバイスを使用して車両のバッテリーパックをエミュレートし、BMUコントローラに電力を供給します。各バッテリーセルを独立して制御できるため、バッテリーのバランス管理が効率的に行えます。

BMS HiLシステムの主要コンポーネントには、アドバンテックのハードウェアプラットフォーム、アドバンテック Cコードを基にしたカスタマイズ開発ソフトウェアプラットフォーム、リアルタイム制御システム、およびI/Oドライバを含むシミュレーションモデルが含まれています。このシステムは、ホストコンピュータ上でバッテリー、充電、車両ダイナミクスのシミュレーションモデルを設定し、実行することによって動作します。シミュレーションモデルを通じて、バッテリー運転中に関連する信号が出力または収集され、HiLデバイスとコントローラ間のデータ交換は、ECU/BCU上でCAN FDネットワーク通信を介して行われます。メインステーションは、BMSシステムノードの機能テストを完了します。テスト機器には、テストベンチ(統合型テストハードウェアプラットフォーム)、BMS信号テストインターフェース、およびシミュレーションモデルが含まれています。

導入製品

  • ACP-4340:フルサイズのSHB/SBCまたはATX/MicroATXマザーボード用4Uラックマウントシャーシ
  • PCE-5133:LGA1700 R680EフルサイズSBC(シングルボードコンピュータ)
  • PCE-5B13-03:13スロットPICMG 1.3バックプレーン、9つのPCIe、3つのPCIスロット
  • PCIE-1753-AE:96チャンネルデジタルI/O PCIEカード
  • PCIE-1682F-AE:2ポートCANFDバスPCIEカード(絶縁機能付き)
  • PCIE-1805-AE:1MS/s、16ビット、32チャンネルアナログ入力PCIEカード
  • PCI-1747U-AE:250 kS/s、16ビット、64チャンネルアナログ入力ユニバーサルPCIカード
  • PCI-1780U-AE:8チャンネル、16ビットカウンター/タイマー ユニバーサルPCIカード
  • DAQNavi:DAQデバイス向けエッジインテリジェンスを実現するデータ取得ソフトウェア
  • Linux RTOS:第三者のソフトウェアベンダーと連携

システム概要

お客様は、アドバンテックのACP-4340 4Uラックマウントシャーシと、12世代Intel® Core™プロセッサ対応のフルサイズSBC PCE-5133を組み合わせて選ばれました。さらに、PCE-5B13-03 13スロットバックプレーンと組み合わせることで、このIPCシステムは最大12枚のDAQ(データ取得)カードをサポートします。このシステムは、業界特有のニーズに合わせたカスタマイズが可能です。例えば、BMSアプリケーションにおいては、PCベースのコントローラと複数のI/Oカードを統合し、充電、放電、容量テスト、バッテリーセルのライフサイクル管理など、実際のシナリオをシミュレートするために必要な計測と制御信号を処理します。

バッテリー使用シミュレーションに加え、アドバンテックはサードパーティのソフトウェア開発者との戦略的パートナーシップを通じて、その機能をさらに強化しています。この協力により、Linux RTOSを搭載した組み込みプラットフォーム上でリアルタイムシステムの実装が可能となり、より高度なシミュレーションと制御が実現しました。

アドバンテックのDAQNaviは、クライアントの特定のアルゴリズムやコントロールコンポーネントに合わせたカスタマイズサービスを提供します。これには、Linux RTOS上で効率的に動作することが検証された専用のサンプルプログラムが含まれています。この統合により、従来のPXIシャーシとRTOSから、アドバンテックのより効率的でカスタマイズされたソリューションへの移行が大幅に簡単になり、クライアントのシステム導入がスムーズに進みます。

システム構成図

System Diagram

まとめ

リアルタイムシミュレーションシステムは、電気自動車業界においてますます重要性を増しています。この需要の高まりに応じて、多くのシステムインテグレータやソフトウェアパートナーがこの分野に参入しています。最新のマルチコアCPUの進展により、リアルタイム制御が産業用PCで効果的に実装できるようになり、その結果、コスト削減が50~60%達成されています。

アドバンテックは、データ収集(PCI/PCIE DAQ)および車両通信(CAN/CANFD)に関する包括的なソリューションを提供し、市場での優位性を発揮しています。これらの技術は、各業界での測定および制御において不可欠です。さらに、アドバンテックは広範なソフトウェアパートナーシップネットワークを活用し、業界固有のニーズに合わせたカスタマイズソフトウェアの開発を実現しています。

また、アドバンテックは、ハードウェアの提供にとどまらず、顧客の開発を迅速化するためのカスタムサンプルプログラムも提供しています。これにより、従来のPXIシステムを超えたソリューションを求める企業にとって、魅力的なパートナーとして注目されています。このアプローチは、産業用途における新たなビジネス展開の可能性を広げるものです。