基本BMS測試系統(tǒng)

　　"NIPXI平臺搭配LabVIEW開發(fā)環(huán)境，可迅速設計并建立BMS測試平臺，其彈性足以測試多組消費性產(chǎn)品，其精確度更可符合BMS測試需求。"

　　-GrantGothing,BloomyControls

　　挑戰(zhàn)：

　　設計并開發(fā)彈性、高成本效益的生產(chǎn)測試系統(tǒng)，用于電池平衡(Batterybalancing)與管理電路板的多項設計，包含模擬鋰電池的封裝(最多12組電池)、執(zhí)行高精確度的電壓與電流量測，并透過序列/ControllerAreaNetwork(CAN)以溝通受測單位。

　　解決方案：

　　以NIPXI平臺與NILabVIEW開發(fā)環(huán)境為架構，建立模塊化儀控功能的通用測試系統(tǒng)。包含6組NIPXI-4110電源供應器以模擬電池包，并可達到多重產(chǎn)品測試所需的彈性與精確度。

　　作者：

　　GrantGothing-BloomyControls

　　油電混合車產(chǎn)業(yè)快速成長，亦代表生產(chǎn)測試與量測將擁有更多新機會。這些機會將需要生產(chǎn)層級的測試系統(tǒng)，并必須縮短設計時間，并達到較高精確度與穩(wěn)定度。其中將包含鋰電池封裝的電池管理系統(tǒng)(Batterymanagementsystem，BMS)的生產(chǎn)測試，用于充電式油電混合車(PHEV)中。

　　BMS將控制電池封裝與控制系統(tǒng)的監(jiān)測作業(yè)、控制作業(yè)，與電路安全性；可精確監(jiān)控電池充電量；平衡電池之間的電壓，以維持穩(wěn)定的封裝電壓；并避免串聯(lián)的12組電池封裝發(fā)生過電壓與過電流，以保護整個系統(tǒng)。此外，BMS可監(jiān)控系統(tǒng)溫度；進入休眠模式節(jié)省系統(tǒng)電路，以降低電流牽引(Currentdraw)；并可銜接外部控制器，提供系統(tǒng)的相關響應。因為有多款電池管理機板(包含獨立封裝的平衡與監(jiān)控機板，還有系統(tǒng)控制機板)，我們將說明所有類型的BMS。

　　BMS的功能與需求

　　由于BMS掌控PHEV電池的效能、安全性，與使用壽命，因此各組機板必須確實符合相關規(guī)格。電池電壓必須達到毫伏(Millivolt)的監(jiān)控精確度，安全瑕疵不能超出容錯范圍，且BMS必須從各個電池牽引電流，以平衡整個封裝的電壓。這些程序的功能測試，將需要精確、彈性，且耐用的測試系統(tǒng)，以仿真電池封裝、達到系統(tǒng)電壓、量測電池與系統(tǒng)的電壓/電流，并能溝通UUT。

　　系統(tǒng)硬件設計

　　我們以BloomyComtrols公司的PXI通用測試系統(tǒng)開始，建構彈性且高精確度的基本平臺，并內(nèi)含標準的Massinterconnect功能，透過可互換的設備，測試BMS電路卡的多款模型。我們的系統(tǒng)可集中約6組NIPXI-4110-3輸出的可程序化直流電源供應器，可模擬最多12組鋰電池封裝。

　　我們亦使用高精確度的NIPXI-4071多功能數(shù)字電表(DMM)，以量測毫伏單位的電壓；并新增NIPXI-6221-M系列DAQ模塊，達到模擬輸出、TTL數(shù)字I/O，與較高速的模擬輸入量測作業(yè)。我們所建置的NIPXI-6514工業(yè)級數(shù)位I/O模塊，可讀取切換器并驅動設備的繼電器。除了PXI硬件之外，我們亦使用固定式電源供應器，還有可程序化的高電壓/電流供應器，以滿足測試所需的額外系統(tǒng)功率。

　　最后透過USB的鏈接功能，提升特定UUT與外圍硬件的通訊彈性。而且僅需1組標準的19吋機架，即容納了所有硬件。此測試系統(tǒng)即可達到BMS機板所需的量測與供電需求。

　　我們亦使用標準的治具接收器(Fixturereceiver)，透過單一硬件即可測試數(shù)款不同的BMS設計。各種治具類型均以電子方式提供密鑰，確保進行正確的測試程序代碼。透過可互換的治具，即可于UUT之間共享重要的儀控硬件，以大幅降低系統(tǒng)成本與前置時間。在建立了基礎系統(tǒng)之后，即可迅速設計并建立新的治具，還有相關的測試軟件。

　　PXI-4110為架構的電池模擬

　　為了模擬12組鋰電池封裝，我們共串聯(lián)6組PXI-4110電源供應器的隔離式±20V接腳，各組接腳可模擬1組電池封裝。在測試電池電壓時，電源供應器可為獨立的電池電壓提供2~4V，整體封裝電壓可達最高48V。接著軟件將根據(jù)UUT的電壓輪詢至各組電池。我們再比較這些電壓值與DMM所測得的電壓值，以了解UUT的精確度。針對各組電池的平衡電流測試，我們使用PXI-4110電源供應器的16位回讀(Readback)分辨率，可減少外接分流器(Shunt)或霍爾效應(Halleffect)電流。整體來說，由于PXI-4110的低漣波(Lowripple)、高速反應、高分辨率，與簡單易用性，實為此應用的絕佳選擇。

　　系統(tǒng)軟件設計

　　我們使用LabVIEW撰寫測試軟件，并以組態(tài)檔案納入所有測試參數(shù)，讓客戶不需更改軟件，亦可更新、放寬，或提升測試規(guī)格。此外，我們亦于另外1個組態(tài)檔案中儲存所有的DAQ信道與作業(yè)，不致影響背景軟件亦可變更硬件或接線。同樣的，由于用戶接口是專為制造環(huán)境所設計，因此不需進行太多的人力操作，僅需測試工程師開啟治具的安全蓋、掃瞄UUT的序號條形碼，再關閉治具安全蓋，即可于標準作業(yè)期間開始測試。當完成測試時，將隨即顯示測試結果、測試數(shù)據(jù)記錄為檔案，并為工程師顯示失敗的測試作業(yè)。

　　基本平臺的系統(tǒng)配置

　　還有，我們讓所有軟件均具備除錯與診斷模式，讓工程師能手動控制系統(tǒng)。測試工程師可用除錯模式執(zhí)行較小型的子集，降低失敗的風險。診斷控制畫面，則可存取系統(tǒng)相關的所有重點到相對應的設備。如此可讓工程師手動讀取系統(tǒng)電壓與電流、控制電源供應器，驅動繼電器，并溝通UUT。

　　精確且彈性的測試解決方案

　　在BloomyControls公司BMD功能測試系統(tǒng)中，所使用的NI模塊化儀器與LabVIEW軟件，均為精確、彈性，且簡單易用的系統(tǒng)所必備。共6組PXI-4110可程序化直流電源供應器，可模擬鋰電池的封裝。為了因應未來需求，我們已設定了3組基本系統(tǒng)與9組治具，其中包含7組專屬治具模型。我們并提供2組基本系統(tǒng)予合約包商，其中1家包商目前已于中國境內(nèi)開工。

　　由于我們具備BMS測試的專業(yè)技術，更讓我們僅冒極低的風險與極短的前置時間，即可迅速開發(fā)新的測試系統(tǒng)。而透過模塊化儀器與可互換的組件，基本系統(tǒng)更可整合多款BMS模型進行測試。此方法可降低成本并縮短設計時間，為研發(fā)原型的高成本效益解決方案。NIPXI平臺搭配LabVIEW開發(fā)環(huán)境，可迅速設計并建立BMS測試平臺，其彈性足以測試多組消費性產(chǎn)品，其精確度更可符合BMS測試需求。