基本BMS測(cè)試系統(tǒng)

　　"NIPXI平臺(tái)搭配LabVIEW開發(fā)環(huán)境，可迅速設(shè)計(jì)并建立BMS測(cè)試平臺(tái)，其彈性足以測(cè)試多組消費(fèi)性產(chǎn)品，其精確度更可符合BMS測(cè)試需求。"

　　-GrantGothing,BloomyControls

　　挑戰(zhàn)：

　　設(shè)計(jì)并開發(fā)彈性、高成本效益的生產(chǎn)測(cè)試系統(tǒng)，用于電池平衡(Batterybalancing)與管理電路板的多項(xiàng)設(shè)計(jì)，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(cè)，并透過序列/ControllerAreaNetwork(CAN)以溝通受測(cè)單位。

　　解決方案：

　　以NIPXI平臺(tái)與NILabVIEW開發(fā)環(huán)境為架構(gòu)，建立模塊化儀控功能的通用測(cè)試系統(tǒng)。包含6組NIPXI-4110電源供應(yīng)器以模擬電池包，并可達(dá)到多重產(chǎn)品測(cè)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(zhǎng)，亦代表生產(chǎn)測(cè)試與量測(cè)將擁有更多新機(jī)會(huì)。這些機(jī)會(huì)將需要生產(chǎn)層級(jí)的測(cè)試系統(tǒng)，并必須縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，并達(dá)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(cè)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(cè)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(hù)整個(gè)系統(tǒng)。此外，BMS可監(jiān)控系統(tǒng)溫度；進(jìn)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(guān)響應(yīng)。因?yàn)橛卸嗫铍姵毓芾頇C(jī)板(包含獨(dú)立封裝的平衡與監(jiān)控機(jī)板，還有系統(tǒng)控制機(jī)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(jī)板必須確實(shí)符合相關(guān)規(guī)格。電池電壓必須達(dá)到毫伏(Millivolt)的監(jiān)控精確度，安全瑕疵不能超出容錯(cuò)范圍，且BMS必須從各個(gè)電池牽引電流，以平衡整個(gè)封裝的電壓。這些程序的功能測(cè)試，將需要精確、彈性，且耐用的測(cè)試系統(tǒng)，以仿真電池封裝、達(dá)到系統(tǒng)電壓、量測(cè)電池與系統(tǒng)的電壓/電流，并能溝通UUT。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　我們以BloomyComtrols公司的PXI通用測(cè)試系統(tǒng)開始，建構(gòu)彈性且高精確度的基本平臺(tái)，并內(nèi)含標(biāo)準(zhǔn)的Massinterconnect功能，透過可互換的設(shè)備，測(cè)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(yīng)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(cè)毫伏單位的電壓；并新增NIPXI-6221-M系列DAQ模塊，達(dá)到模擬輸出、TTL數(shù)字I/O，與較高速的模擬輸入量測(cè)作業(yè)。我們所建置的NIPXI-6514工業(yè)級(jí)數(shù)位I/O模塊，可讀取切換器并驅(qū)動(dòng)設(shè)備的繼電器。除了PXI硬件之外，我們亦使用固定式電源供應(yīng)器，還有可程序化的高電壓/電流供應(yīng)器，以滿足測(cè)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(biāo)準(zhǔn)的19吋機(jī)架，即容納了所有硬件。此測(cè)試系統(tǒng)即可達(dá)到BMS機(jī)板所需的量測(cè)與供電需求。

　　我們亦使用標(biāo)準(zhǔn)的治具接收器(Fixturereceiver)，透過單一硬件即可測(cè)試數(shù)款不同的BMS設(shè)計(jì)。各種治具類型均以電子方式提供密鑰，確保進(jìn)行正確的測(cè)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(shí)間。在建立了基礎(chǔ)系統(tǒng)之后，即可迅速設(shè)計(jì)并建立新的治具，還有相關(guān)的測(cè)試軟件。

　　PXI-4110為架構(gòu)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(yīng)器的隔離式±20V接腳，各組接腳可模擬1組電池封裝。在測(cè)試電池電壓時(shí)，電源供應(yīng)器可為獨(dú)立的電池電壓提供2~4V，整體封裝電壓可達(dá)最高48V。接著軟件將根據(jù)UUT的電壓輪詢至各組電池。我們?cè)俦容^這些電壓值與DMM所測(cè)得的電壓值，以了解UUT的精確度。針對(duì)各組電池的平衡電流測(cè)試，我們使用PXI-4110電源供應(yīng)器的16位回讀(Readback)分辨率，可減少外接分流器(Shunt)或霍爾效應(yīng)(Halleffect)電流。整體來說，由于PXI-4110的低漣波(Lowripple)、高速反應(yīng)、高分辨率，與簡(jiǎn)單易用性，實(shí)為此應(yīng)用的絕佳選擇。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　我們使用LabVIEW撰寫測(cè)試軟件，并以組態(tài)檔案納入所有測(cè)試參數(shù)，讓客戶不需更改軟件，亦可更新、放寬，或提升測(cè)試規(guī)格。此外，我們亦于另外1個(gè)組態(tài)檔案中儲(chǔ)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(shè)計(jì)，因此不需進(jìn)行太多的人力操作，僅需測(cè)試工程師開啟治具的安全蓋、掃瞄UUT的序號(hào)條形碼，再關(guān)閉治具安全蓋，即可于標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)期間開始測(cè)試。當(dāng)完成測(cè)試時(shí)，將隨即顯示測(cè)試結(jié)果、測(cè)試數(shù)據(jù)記錄為檔案，并為工程師顯示失敗的測(cè)試作業(yè)。

　　基本平臺(tái)的系統(tǒng)配置

　　還有，我們讓所有軟件均具備除錯(cuò)與診斷模式，讓工程師能手動(dòng)控制系統(tǒng)。測(cè)試工程師可用除錯(cuò)模式執(zhí)行較小型的子集，降低失敗的風(fēng)險(xiǎn)。診斷控制畫面，則可存取系統(tǒng)相關(guān)的所有重點(diǎn)到相對(duì)應(yīng)的設(shè)備。如此可讓工程師手動(dòng)讀取系統(tǒng)電壓與電流、控制電源供應(yīng)器，驅(qū)動(dòng)繼電器，并溝通UUT。

　　精確且彈性的測(cè)試解決方案

　　在BloomyControls公司BMD功能測(cè)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(jiǎn)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(yīng)器，可模擬鋰電池的封裝。為了因應(yīng)未來需求，我們已設(shè)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(guó)境內(nèi)開工。

　　由于我們具備BMS測(cè)試的專業(yè)技術(shù)，更讓我們僅冒極低的風(fēng)險(xiǎn)與極短的前置時(shí)間，即可迅速開發(fā)新的測(cè)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(jìn)行測(cè)試。此方法可降低成本并縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，為研發(fā)原型的高成本效益解決方案。NIPXI平臺(tái)搭配LabVIEW開發(fā)環(huán)境，可迅速設(shè)計(jì)并建立BMS測(cè)試平臺(tái)，其彈性足以測(cè)試多組消費(fèi)性產(chǎn)品，其精確度更可符合BMS測(cè)試需求。