隨著世界各國禁售燃油車時間表的公布以及汽車電氣化的加速發展，新能源汽車成為各國政府重點推進和扶持的產業，以擺脫對石油的依賴，同時解決環境污染等問題。然而，在改革的同時，汽車工程師也面臨著新的測試挑戰。新能源汽車使用的電力電子器件大約是傳統燃油車的三倍，如何滿足新能源汽車高壓大功率測試，以及如何驗證純電動推進系統的動力性能和經濟性能，成為工程師首要關注的問題，ITECH為工程師提供全新的動力系統測試解決方案----高速，高壓，高功率，高性能。
01
何為純電動車的動力系統？
相比較傳統燃油車的動力系統結構，純電動車動力系統（EV Powertrain System）主要由動力電池、電動機和減速器構成。純電動車取消了燃油發動機裝置，使用動力電池作為整車的動力源，通過電機控制器驅動電機運轉，電機輸出的轉矩再經過減速器帶動車輪前進或后退。并且當車輛剎車時，制動能量反向給動力電池充電，以延長續航里程。
因此本質上，純電動車的動力系統是將電能轉換為機械能；而傳統燃油車則是將化學能轉換為機械能。不同的工作原理，也增加了純電動車動力系統的驗證難度。汽車工程師首要面臨的是高壓大電流的接線以及操作方面的安全性問題；另一方面，使用真實的動力電池測試，存在測試效率低及電池爆炸等風險。所以，顯而易見，若使用電池模擬器替代真實的動力電池，將對汽車工程師研究電推進動力系統的動力性能和經濟性能具備重要的意義。
02
純電動動力系統的測試新挑戰？
純電動車的續航里程以及充電時長一直是各大新能源廠家重點攻克的難題。除了提升整車的傳動轉換效率，選擇能量密度和功率密度更高的動力電池，不僅能讓整車輕便，同時又增加了續航里程。而實驗室中，工程師通常需要在車輛未定型之前，驗證不同類型的動力電池與關鍵零部件之間的匹配性，以及仿真電池在不同環境下對動力系統的性能影響，這也成為當下整個行業亟待解決的測試難題。
圖1 EV動力系統測試結構
縱觀目前的新能源車發展趨勢，純電動車的動力系統性能測試主要面臨三方面的挑戰：
01
高壓大功率的發展趨勢
純電動車的電池功率和電壓等級有從300V/400Vdc發展為800V/1000V的趨勢。高壓系統可以縮短充電時間，同時減少內部布線的總面積。目前多數的新能源廠家如典型的特斯拉，其Model 3動力電池電壓為350Vdc，容量為230Ah，而保時捷的Taycan和Aston Matin的電動超跑則采用800V的動力電池結構，號稱20min充滿80%電量。
汽車工程師在選擇電池模擬器時，可能需要同時考慮兩種電壓等級的存在，并考慮電池功率越來越高的發展趨勢。ITECH的IT6000C系列為用戶提供靈活的功率配置方案，如下圖是IT6000C-360kW的機柜，用戶可以將機柜拆分為4套90kW的設備使用，亦可并聯為大功率360kW設備。IT6000C全系列并機后功率最高可達1152kW，電壓可達2250V，滿足用戶不同功率段的需求。
圖2 動力電池模擬
02
高速充放電狀態切換
在車輛行駛中，隨著車輛的加速和減速，電池不斷地切換于充電和放電狀態。目前，絕大多數工程師采用獨立電源和負載組合方式模擬電池的雙向流動特性，而隨著動力系統測試要求日益嚴苛，手動切換已經無法滿足需求。即便通過編程切換，典型的編程響應時間大約為50ms-100ms，而真實電池的充放電狀態切換幾乎是瞬態完成。
ITECH的電池模擬器采用雙向源載一體技術，具備“無縫”切換能力，為工程師避免上述的問題。
圖3 無縫充放電曲線
03
動力電池特性仿真及BMS協議兼容性
目前新能源車主流的動力電池類型為三元鋰和磷酸鐵鋰，比亞迪在今年初正式宣布推出刀片電池，即超級磷酸鐵鋰，其相比較傳統的磷酸鐵鋰具備更高的功率密度。而特斯拉也逐漸使用21700電芯替代原先的18650。
動力電池技術的不斷迭代，使得電池模擬器的仿真難度進一步提高。工程師不僅要滿足當下電池特性曲線的仿真，又要應對不斷變化的新型電池的特性仿真。另一方面，為了提升車輛的續航里程，以油電混合動力系統以及氫燃料電池動力系統為結構的新能源車型，也被廣泛地采納。針對這類混動車型（油-電，燃料電池-鋰電池），其能源管理策略是重要的一項研究。在這類測試中，電池模擬器除了仿真電池的“無縫”雙向流動特性，還需要仿真電池的BMS功能，實現與PDU，VCU等控制單元的交互。
圖4 電池BMS仿真
04
ITECH電池模擬器與傳統解決方案的不同及優勢
面對上述的測試挑戰，僅僅模擬電池的雙向流動特性是不夠的。真實的電池在使用中其特性曲線受到內阻，環境溫度以及放電深度的影響，并最終影響整車的動力性能以及能量管理分配策略。
因此，汽車工程師在動力系統研究工作中，離不開對電池特性的仿真模擬，而不能僅考慮理想滿電壓或某一固定電壓點對動力性能的影響。ITECH的BSS2000 Pro電池模擬器仿真軟件是ITECH針對新能源車動力系統研究推出的最新解決方案。利用該套軟件，工程師可以輕松地從電池類型庫中調取對應的電池特性曲線，例如磷酸鐵鋰和三元鋰。而面對汽車行業不斷涌現的新型電池，像上一段一提到的“刀片電池”，BSS2000 Pro提供.mat文件導入功能，工程師可以通過第三方MATLAB工具構建電池數學模型，最后導入BSS2000 Pro進行模擬，或導入實測的特性曲線。BSS2000 Pro不僅為滿足當下的需求而研發，更輕松應對汽車行業不斷變化的需求。
1） 內置多達8種類型電池特性曲線 （磷酸鐵鋰，三元鋰…）
2） 對新型動力電池特性仿真，提供用戶自定義和.mat文件導入功能
3） 初始容量SOC設定功能
4） SOC&OCV上下限保護參數設定功能
5） 支持以CAN報文發送電池模擬器電壓、功率、電流及SOC狀態
6） 實時監控電池模擬器的狀態（電壓，電流，功率、充電容量/能量）
7） 完善的報表功能
圖4 電電混動結構
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