MyAdvantech Registration

MyAdvantech is a personalized portal for Advantech customers. By becoming an Advantech member, you can receive latest product news, webinar invitations and special eStore offers.

Sign up today to get 24/7 quick access to your account information.

Kiểm tra mô phỏng phần cứng trong vòng lặp cho hệ thống quản lý pin (BMS) của xe điện

09/10/2024

Giới thiệu dự án

Trong lĩnh vực xe điện, thử nghiệm X-in-the-loop trong giai đoạn phát triển và xác nhận đã chứng minh được tính hiệu quả cao. Phương pháp này sử dụng tính toán thời gian thực và thu thập dữ liệu vật lý để mô phỏng các mục tiêu thử nghiệm thực tế, cho phép đánh giá các lỗi tiềm ẩn mà không có rủi ro và chi phí thử nghiệm truyền thống. Bằng cách thay thế các mục tiêu thử nghiệm vật lý, phương pháp này giúp giảm chi phí thử nghiệm, tăng tốc quá trình thiết kế đến tích hợp và đảm bảo xác nhận kỹ lưỡng và hiệu quả chi phí đáng kể.

Khách hàng của chúng tôi đã triển khai thử nghiệm mô phỏng phần cứng trong vòng lặp (HiL) cho hệ thống quản lý pin xe điện của họ. Hệ thống này yêu cầu giao tiếp CAN FD để có tương tác nhanh và đáng tin cậy giữa các đơn vị điều khiển điện tử và mô-đun thu thập dữ liệu để thu thập và ghi lại dữ liệu hiệu suất pin. Ban đầu, họ đã sử dụng một nền tảng mô phỏng với bộ xử lý thời gian thực, khung PXI, I/O và thẻ CAN FD. Tuy nhiên, với sự phổ biến ngày càng tăng của xe điện và việc tích hợp ứng dụng này vào thử nghiệm cuối dây chuyền (EoL), nhu cầu về thiết bị đã tăng vọt. Do đó, hiện tại khách hàng đang đánh giá các giải pháp thay thế tiết kiệm chi phí hơn. Họ đang chuyển sang các giải pháp máy tính công nghiệp kết hợp với thẻ I/O PCIe tốc độ cao, đã được chứng minh là giải pháp tiết kiệm và hiệu quả cho thử nghiệm pin ngoại tuyến.

Yêu cầu hệ thống

Trong hệ thống quản lý pin này, cần phải thu thập nhiều tín hiệu khác nhau từ pin, bao gồm chu kỳ sạc-xả, nhiệt độ, độ ẩm, cũng như CAN và các thông tin liên lạc khác trên bo mạch. Thông qua hệ thống mô phỏng, có thể mô phỏng hiệu quả các điều kiện hoạt động thực tế của pin.

Hệ thống BMS HiL được sử dụng để thử nghiệm các chức năng điều khiển của hệ thống quản lý pin EV. Nó chạy một mô hình xe hoàn chỉnh theo thời gian thực để mô phỏng nhiều tình huống khác nhau và kết nối với bộ điều khiển BMS thông qua thẻ giao diện. Thiết lập này sao chép hiệu quả các điều kiện hoạt động của BMS.

Bộ điều khiển BMS bao gồm hai phần: Bộ điều khiển pin (BCU) và Bộ giám sát pin (BMU). Trong hệ thống BMS HiL, một thiết bị mô phỏng pin được sử dụng để mô phỏng bộ pin của xe, cung cấp năng lượng cho bộ điều khiển BMU. Mỗi cell pin có thể được điều khiển độc lập, tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý cân bằng pin.

Các thành phần chính của hệ thống BMS HiL bao gồm một nền tảng phần cứng Advantech, một nền tảng phần mềm phát triển tùy chỉnh dựa trên mã C của Advantech và các mô hình mô phỏng bao gồm các hệ thống điều khiển thời gian thực và trình điều khiển I/O. Hệ thống này hoạt động bằng cách cấu hình và thực hiện các mô hình mô phỏng về pin, sạc và động lực học của xe trên máy tính chủ. Thông qua các mô hình mô phỏng, các tín hiệu có liên quan trong quá trình hoạt động của pin được đưa ra hoặc thu thập và việc trao đổi dữ liệu giữa thiết bị HiL và bộ điều khiển được tạo điều kiện thông qua giao tiếp mạng CAN FD trên ECU/BCU. Trạm chính hoàn tất quá trình thử nghiệm chức năng của các nút hệ thống BMS. Thiết bị thử nghiệm bao gồm một băng ghế thử nghiệm (nền tảng phần cứng thử nghiệm tích hợp), giao diện thử nghiệm tín hiệu BMS và các mô hình mô phỏng.

Triển khai dự án

  • ACP-4340: Khung máy 4U Rackmount cho bo mạch chủ SHB/SBC hoặc ATX/MicroATX kích thước đầy đủ với 4 khay ổ đĩa Hot Swap
  • PCE-5133: SBC LGA1700 R680E kích thước đầy đủ
  • PCE-5B13-03: 13 khe cắm PICMG 1.3 BP, 9 PCIe, 3 PCI
  • PCIE-1753-AE: card PCIE I/O kỹ thuật số 96 kênh
  • PCIE-1682F-AE: PCIE 2 cổng CANFD-Bus có cách ly
  • PCIE-1805-AE: card PCIE đầu vào analog 1MS/giây, 16 bit, 32 kênh
  • PCI-1747U-AE: card PCI phổ thông đầu vào tương tự 250 kS/giây, 16 bit, 64 kênh
  • PCI-1780U-AE: card PCI phổ thông đầu vào analog 8 kênh 16 bit / card PCI Universal Counter/Timer
  • DAQNavi: Phần mềm thu thập dữ liệu để kích hoạt trí thông minh biên cho các thiết bị
  • DAQ Linux RTOS: Hợp tác với nhà cung cấp phần mềm bên thứ 3

Mô tả hệ thống

Khách hàng đã chọn khung máy tính công nghiệp gắn giá đỡ ACP-4340 4U của Advantech kết hợp với SBC PCE-5133 kích thước đầy đủ dựa trên bộ vi xử lý Intel® Core™ thế hệ thứ 12. Kết hợp với backplane PCE-5B13-03 13 khe cắm, hệ thống IPC này hỗ trợ tối đa 12 thẻ DAQ (Thu thập dữ liệu). Nó có thể được tùy chỉnh để đáp ứng các nhu cầu cụ thể của ngành. Ví dụ, trong ứng dụng BMS, hệ thống này tích hợp bộ điều khiển dựa trên PC với nhiều thẻ I/O để xử lý các tín hiệu đo lường và điều khiển cần thiết để mô phỏng các tình huống thực tế như sạc, xả, kiểm tra dung lượng và quản lý vòng đời của cell pin.

Ngoài việc mô phỏng sử dụng pin bằng máy tính công nghiệp và card DAQ/CANFD, Advantech còn tăng cường khả năng của mình thông qua quan hệ đối tác chiến lược với các nhà phát triển phần mềm bên thứ ba. Sự hợp tác này đã cho phép triển khai hệ thống thời gian thực trên nền tảng nhúng với Linux RTOS.

Phần mềm DAQNavi của Advantech cung cấp các dịch vụ tùy chỉnh để đáp ứng nhu cầu cụ thể về thuật toán và thành phần điều khiển của khách hàng. Điều này bao gồm các chương trình ví dụ được thiết kế riêng đã được xác minh để hoạt động hiệu quả trên Linux RTOS. Sự tích hợp này giúp khách hàng dễ dàng chuyển đổi từ khung PXI truyền thống với RTOS sang giải pháp hiệu quả hơn, được thiết kế riêng của Advantech.

Kết luận

Hệ thống mô phỏng thời gian thực ngày càng trở nên quan trọng trong ngành công nghiệp xe điện. Nhu cầu này đã dẫn đến nhiều nhà tích hợp hệ thống và đối tác phần mềm tham gia vào lĩnh vực này. Những tiến bộ trong CPU đa lõi hiện cho phép các điều khiển thời gian thực này được triển khai hiệu quả trên PC công nghiệp, giúp giảm chi phí xuống 50-60%.

Advantech tạo nên sự khác biệt trên thị trường này với các giải pháp toàn diện về thu thập dữ liệu (PCI/PCIE DAQ) và giao tiếp xe cộ (CAN/CANFD). Đây là những giải pháp thiết yếu để đo lường và kiểm soát trong các ngành công nghiệp này. Hơn nữa, mạng lưới đối tác phần mềm rộng lớn của Advantech cho phép phát triển phần mềm chuyên biệt theo ngành.

Ngoài phần cứng, Advantech còn cung cấp các chương trình ví dụ tùy chỉnh để tăng tốc quá trình phát triển khách hàng, khiến chúng trở thành đối tác hấp dẫn cho các doanh nghiệp muốn vượt ra ngoài các hệ thống PXI truyền thống. Cách tiếp cận này mở ra những con đường mới cho việc mở rộng kinh doanh trong các ứng dụng công nghiệp.