目前全球范圍內正在進行的汽車逐步電氣化將導致未來幾年電動汽車 (EV) 數量的顯著增長。電動汽車包括電路和復雜的硬件和軟件解決方案，其中即使是最小的意外事件也可能導致異常運行，如果不是徹頭徹尾的危險的話。為了滿足安全和性能方面的嚴格要求，設計人員執行不同類型的測試以復制每個操作配置文件并使用涵蓋廣泛場景的模擬，包括那些更難以重現的場景。

電池和電池管理系統 (BMS)不斷變化和創新。反過來，這些發展將需要新的測試程序。在短時間內，將面臨多項挑戰，從 1,000 伏以上的系統到新的電池化學物質。為了跟上 BMS 要求并在大量站點提供經濟實惠的解決方案，自動測試系統供應商將需要建立新的測試儀容量并快速提高生產效率。

模擬的作用

EV 中集成的電子系統非常復雜，再加上難以再現車輛及其組件的所有操作條件，這意味著EV 的測試和驗證不能完全在硬件級別進行。

因此，需要使用盡可能忠實于真實設備的操作模型，使用電路功能的虛擬模擬，最重要的是，模擬缺陷、故障或可能危及它們的安全和功能的偶然事件。工程師必須能夠使用電動汽車主要組件的仿真和硬件在環測試方法，重新創建典型場景和更難在道路上復制的場景。

EV測試目標

到 2035 年，大多數工業化國家將禁止配備內燃機的車輛，取而代之的是性能與傳統車輛相當或優于傳統車輛且大眾市場經濟實惠的電動汽車。

提高 EV 效率是在減小電池尺寸和重量的同時增加續航里程的基本要求，因此導致在 EV 中引入新技術，例如寬帶隙 (WBG) 半導體、更高電壓的電池（ 800 V及以上）和無線充電系統。

要執行電動汽車的驗證，不僅要對車輛的各個組件進行功能和參數測試，而且還要在系統級別進行功能和參數測試。此外，有必要對單個模塊和整個系統進行標準要求的電磁兼容性測試。

需要測試的典型 EV 組件如下：

·高壓電池組：從 400-V 到 >800-V 高壓電池的轉變將縮短充電時間（縮短至 15 分鐘），并且由于充電電流更低，操作更安全。

·電池管理系統 (BMS)：該組件具有有線 (CAN/LIN) 和無線 (Wi-Fi/NFC) 接口，對于確保正確的電池到電池集成和電池運行至關重要。

·DC/AC 牽引（主）逆變器和車載充電器：WBG 半導體（主要是碳化硅，但也有一些功率級別的氮化鎵）在這些組件中發揮了重要作用，可實現更高的效率，同時節省尺寸和重量.

·電力牽引電機：在某些應用中，目前使用的三相電機將被六相電機取代，六相電機體積更小，轉矩脈動更小，功率密度更高。

電池測試系統

圖 1 顯示了常見電池測試系統 (BTS)的一般結構。電池循環儀 (1) 是一種測量電池隨時間變化的響應，同時進行充電和放電循環以分析電池功能的設備。電池循環儀在使用時會測量多個因素，包括電池的效率、容量和自放電。環境室 (3) 是放置被測設備以進行室內測量的地方，而測量架 (2) 運行同步和協調電池循環使用的軟件。

負責管理室內溫度和濕度的冷卻器也連接到它。收集和評估所有相關數據的系統協調器是電池測試程序 (4)，它是下一個組件。得益于數據和系統管理能力 (5)，用戶可以即時了解正在生成的數據。

性能和安全是電池測試中的兩個主要決定因素。

安全用例的例子包括碰撞測試，當需要確定電池在嚴重的壓力和故意造成的損壞下是否仍然安全時。想象一下，您希望描述與性能方面相關的電池續航里程。為實現這一點，可以將循環儀設計為稍微耗盡電池以模擬再生制動，或使電池稍微放電以復制駕駛員的加速。像這樣，可以模仿各種駕駛配置文件和操作條件，例如城市駕駛。換句話說，BTS 允許使用模型來模擬和測試設備，而無需物理硬件。

電池管理系統測試

BMS 監控電池和可能的故障情況，防止出現電池性能下降、容量損失甚至可能對用戶或周圍環境造成傷害的情況。

BMS通常由三部分組成：

1.模擬前端 (AFE)

它為 MCU 和電量計 IC 提供電池的電壓、電流和溫度測量。此外，它還控制斷路器，在發生故障時斷開電池。AFE 通常使用多通道高分辨率 ADC 來實現。

2.微控制器(MCU)

3.電量計IC

可以是獨立的IC，也可以集成到MCU中。它使用電壓、電流和溫度測量來監督對一些關鍵因素的估計，例如電池的充電狀態 (SOC) 和健康狀態 (SOH)。

由于電池中的每個電池組通常都需要 BMS，因此 EV 可能包括 6 到 12 個或更多 BMS 設備，不包括冗余設備。每個 BMS 設備都浮在其下方的 BMS 或電池模塊上，因為這些設備通常由每個電池模塊中的下軌和上軌供電。這意味著這些設備中的每一個都需要以數字分離的菊花鏈方式與主控制器通信，主控制器通常是MCU。

EV 電池需要高精度，這直接關系到更長的充電間隔和更緩慢的電池老化。提高駕駛員的信心和安全性是更精確的電量計 IC 的進一步好處。此外，隨著電池組電壓升高，必須向電池組添加更多電池，因此每個 BMS 設備都需要額外的前端 ADC 通道和電池平衡引腳。很快，這些電壓預計將增加到 1,000 V 或更高，從而實現更快的充電速度，從而使 EV 的充電時間可與為內燃機加油所需的時間相媲美。

對于自動化測試設備，BMS 的這些趨勢帶來了額外的困難。在測量電池的放電曲線時，大部分可用區域都沿著一條緊密的曲線下降。整個鋰離子電池 SOC 范圍介于 4.3 V（完全充電）和 2.2 V（放電）之間。在查看整個鋰離子范圍（大約 2.1V 電壓范圍，或 21mV/1% SOC 變化）時測量變化似乎很簡單。

鋰離子電池平均放電消耗 80% 至 20% 或 90% 至 10% 的電池容量。SOC 電壓在 80% 至 20% 范圍內非常平坦，范圍為 3.75 至 3.65 V（總計約 100 mV，或 1.7-mV/1% SOC 變化）。因此，BMS 供應商正在研究 100 μV 或 50 μV 的 5 V 范圍內的測量精度。鋰離子放電的典型電壓曲線如圖 2 所示。

如前所述，在 EV 測試中，模擬至關重要。

BMS 的仿真不僅包括電池在靜態和動態條件下的正常運行，還包括決定其壽命和可靠性的特性。出色的仿真必須考慮所有當前變量，包括硬件、邏輯信號電平和功率電平。這些電池測試允許監測系統溫度以及蓄電池的充電/放電循環。因此，可以對操作進行調整和變化，以檢查電池本身如何響應環境變化，特別是為了安全。

這是一個非常危險的地方，電池組可能會著火，使所有安全功能失效。例如，鋰離子電池中特別常見的熱泄漏隨時可能發生，并且特別難以撲滅。就能源和安全而言，關鍵的選擇是電池充電和放電的速度，以有效地為逆變器提供所有能量。削減成本的努力應該集中在減少制造浪費和有缺陷的電池數量上，因為不同的初步測試使工程師能夠從一開始就模擬整個系統，并有清晰的想法。