无需电池？测试依然可行。电池仿真器在EV测试中的作用

使用真实电池进行测试非常耗时，例如需要进行充电、放电和让电池待机以使其达到适合测试的荷电状态(SOC)。借助电池仿真，将大幅减少这些准备工作，因为电池仿真器会立即提供所需的真实电池特性，这有助于工程师专注于测试本身而不是电池行为的细微差别。

​图1：客户结果显示，使用NHR电池仿真器替换真实电池，总测试时间减少了70%。

为了证明这一点，NH Research(NHR)收集了使用真实电池运行9次测试的实际场景数据，并将其与使用NHR电池仿真器进行相同测试得到的结果进行比较。电池仿真器的测试时间减少了70%（见图1），节省的主要是空闲和待机时间。

电池是高电压、高能量的设备，一旦发生故障，风险不堪设想，因此所有相关测试不仅要确保正常运行，还要确保故障安全。有毒气体生成、腐蚀剂喷溅、火灾或爆炸等风险迫使EV企业制定了相应的安全政策，规定如何以及何时可以使用真实电池进行测试，并且通常将测试时间限制在工作时间内。使用电池仿真器则不会存在这些风险，因此它提供了一种安全无忧、无限制的测试方法。

详细了解EV电池测试的安全注意事项

随着电池不断损耗，其行为不可避免地会因重复充/放电或老化而发生变化。此外，电池需要频繁进行环境管理（例如冷却剂系统和温度变化）才能正常运行。因此，我们很难复现真实电池的功率输出来对其他组件进行全面测试。为了使这些条件切实可行且可重复，电池仿真器使用双向电压源以及串联电阻的组合来仿真真实电池（见图2）。这种方式可以仿真任何SOC下的不同电池，并提供可重复且准确的结果。

^{​图2：电池等效模型}

​电池仿真器的设计必须遵循该等效模型，以生成在任何SOC下的真实电池输出。在这种“电池仿真模式”下，仿真器能够测量自身的流入和流出电流，并使用这些测量数据来计算所需的电压(V_ocv)，借此自动调整终端电压(V_batt)，从而像真实电池一样，无论电流多大都能始终维持终端所需的输出。

选择电池仿真器时需要考虑以下几点。

适应性

​为了对任何电池进行建模并适应各种测试需求，等效电池模型的电压、电阻值和行为需要具有可编程性。例如，除了设置所需电压之外，慢速转换电压的功能可以仿真电池充电或放电时预期的电压变化。图3所示为可编程串联电阻受到多个放电脉冲影响时产生的这种效应。由于电压的变化与可编程串联电阻模型的电流成正比，因此工程师在测试设备时，就如同将设备连接到新（低电阻）或旧（高电阻）电池一样。这种方法可以实现更快、一致且安全的测试。

^{​图3： 使用串联电阻模型仿真EV电池}

​低电容

除了电阻可编程性之外，电池仿真器还必须具有低输出电容，以准确仿真电流变化时电阻的影响。这是与双向电源的重要区别，双向电源通常采用高输出电容来降低噪声。

图4所示为真实电池和仿真电池的对比。仿真电池的特性与真实电池的特性精准匹配，这部分归功于低输出电容。

^{​图4： 真实电池（左）与NHR的电池仿真器（右）的比较}

​基于软件的可扩展性

除了低电容和可编程性之外，EV测试工程师还期望电池仿真器具有以下特性：

• ​双向隔离终端，可安全地处理反电动势影响
• ​通过模块化，不仅能叠加功能，还能满足不断变化的测试需求
• ​快速响应时间，能够仿真实际条件并减少测试时间

​全面测试EV动力总成需要借助开放式连接和灵活的测试软件来管理多个测试台、添加测量和通信通道，或与其他测试设备集成。作为NI产品系列的一部分，NHR的电池仿真器可与NI的测试软件（包括VeriStand和TestStand）以及SystemLink™软件等数据/设备管理工具无缝集成。得益于NI的无损数据记录、自动化报表生成、集成式工作流程以及生命周期分析等功能，EV测试工程师能够降低测试总成本、缩短产品上市时间，并提高产品性能。

电池仿真的两种选择：双向电源与电池仿真器

在双向电源与电池仿真器之间选择以进行电池仿真时，需考虑一些重要的注意事项。设备选择不当可能会延误项目、增加安全风险并阻碍生产力。使用双向直流电源仿真电池存在诸多功能限制，因为其本质上是传统电源，并非专为仿真电池而设计。

而诸如NI的中高压直流电池包充放电测试系统和仿真器等更先进的电池仿真器，可通过对电池包串联电阻(RINT)进行建模来仿真电池的实际特性。 RINT模型可仿真电池的内部化学电阻，以及内部连接、接触器和安全组件产生的额外电池包电阻。RINT模型可通过一个真正的双向源和一个可编程串联电阻实现。

NI的电池仿真器与真实电池一样，可根据电流方向和幅值调整输出电压。相对于常见的直流总线和源/负载仿真系统，自动调整输出电压可以更好地仿真电池包的真实特性。

NI电池仿真器与传统双向电源相比具有以下优势：

• 串联电阻－具有低电容的内置可编程串联电阻是在电池仿真应用中的一个关键特点。NI电池仿真器具有可编程串联电阻，该电阻内置于硬件而非仅内置于软件，以确保对真实条件进行精确测试。NI电池仿真器与真实电池一样，可根据电流方向和幅值调整输出电压。
• 低输出电容－使用低输出电容的电池仿真器可精确仿真串联电阻效应，使输出电压能根据电流变化按比例调整。相比之下，许多再生电源为降低噪声输出使用高输出电容，这会抵消串联电阻的作用，并且可能导致电池仿真不精确以及响应速度变慢。NI电池仿真器采用低输出电容设计，可快速更改设定值，从而对真实条件进行精确仿真。
• 安全－电源通常需要安全接触器附加软件，并且不具备联锁、急停等附加安全功能。添加这些组件十分耗时，并且会提高测试设置的复杂程度，从而增加时间延迟和额外的人工成本。NI电池仿真器不仅具备上述所有功能，而且内置了多层安全功能。
• 设置精度－电源通常仅指定负载/线路调节（输出在不同的线路/负载条件下的变化幅度），而不考虑设置精度或请求输出。NI可明确记录所有条件下的经验控制精度，包括负载/线路以及与请求值的误差。
• 测量精度－电源是通用产品，因此其电池的特定测量（例如Ahr或kWhr）通常需要由用户的软件进行跟踪和确定。NI电池仿真器可直接通过硬件进行精确的电池测试测量，使编程更加简单有效。
• 设置方法和控制－电源在测试前需完成大量软件程序开发工作。NI电池仿真器具有专为支持电池仿真而设计的操作模式，并且我们的软件解决方案可提供即用型控制方案，以减少集成的时间和工作量。 

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