Bloomy Controls 公司基于NI平台为电池管理系统设计功能测试平台

　　

基本BMS测试系统

　　"NIPXI平台搭配LabVIEW开发环境，可迅速设计并建立BMS测试平台，其弹性足以测试多组消费性产品，其精确度更可符合BMS测试需求。"

　　-GrantGothing,BloomyControls

　　挑战：

　　设计并开发弹性、高成本效益的生产测试系统，用于电池平衡(Batterybalancing)与管理电路板的多项设计，包含模拟锂电池的封装(最多12组电池)、执行高精确度的电压与电流量测，并透过序列/ControllerAreaNetwork(CAN)以沟通受测单位。

　　解决方案：

　　以NIPXI平台与NILabVIEW开发环境为架构，建立模块化仪控功能的通用测试系统。包含6组NIPXI-4110电源供应器以模拟电池包，并可达到多重产品测试所需的弹性与精确度。

　　作者：

　　GrantGothing-BloomyControls

　　油电混合车产业快速成长，亦代表生产测试与量测将拥有更多新机会。这些机会将需要生产层级的测试系统，并必须缩短设计时间，并达到较高精确度与稳定度。其中将包含锂电池封装的电池管理系统(Batterymanagementsystem，BMS)的生产测试，用于充电式油电混合车(PHEV)中。

　　BMS将控制电池封装与控制系统的监测作业、控制作业，与电路安全性；可精确监控电池充电量；平衡电池之间的电压，以维持稳定的封装电压；并避免串联的12组电池封装发生过电压与过电流，以保护整个系统。此外，BMS可监控系统温度；进入休眠模式节省系统电路，以降低电流牵引(Currentdraw)；并可衔接外部控制器，提供系统的相关响应。因为有多款电池管理机板(包含独立封装的平衡与监控机板，还有系统控制机板)，我们将说明所有类型的BMS。

　　BMS的功能与需求

　　由于BMS掌控PHEV电池的效能、安全性，与使用寿命，因此各组机板必须确实符合相关规格。电池电压必须达到毫伏(Millivolt)的监控精确度，安全瑕疵不能超出容错范围，且BMS必须从各个电池牵引电流，以平衡整个封装的电压。这些程序的功能测试，将需要精确、弹性，且耐用的测试系统，以仿真电池封装、达到系统电压、量测电池与系统的电压/电流，并能沟通UUT。

　　系统硬件设计



　　我们以BloomyComtrols公司的PXI通用测试系统开始，建构弹性且高精确度的基本平台，并内含标准的Massinterconnect功能，透过可互换的设备，测试BMS电路卡的多款模型。我们的系统可集中约6组NIPXI-4110-3输出的可程序化直流电源供应器，可模拟最多12组锂电池封装。

　　我们亦使用高精确度的NIPXI-4071多功能数字电表(DMM)，以量测毫伏单位的电压；并新增NIPXI-6221-M系列DAQ模块，达到模拟输出、TTL数字I/O，与较高速的模拟输入量测作业。我们所建置的NIPXI-6514工业级数位I/O模块，可读取切换器并驱动设备的继电器。除了PXI硬件之外，我们亦使用固定式电源供应器，还有可程序化的高电压/电流供应器，以满足测试所需的额外系统功率。

　　最后透过USB的链接功能，提升特定UUT与外围硬件的通讯弹性。而且仅需1组标准的19吋机架，即容纳了所有硬件。此测试系统即可达到BMS机板所需的量测与供电需求。

　　我们亦使用标准的治具接收器(Fixturereceiver)，透过单一硬件即可测试数款不同的BMS设计。各种治具类型均以电子方式提供密钥，确保进行正确的测试程序代码。透过可互换的治具，即可于UUT之间共享重要的仪控硬件，以大幅降低系统成本与前置时间。在建立了基础系统之后，即可迅速设计并建立新的治具，还有相关的测试软件。

　　PXI-4110为架构的电池模拟

　　为了模拟12组锂电池封装，我们共串联6组PXI-4110电源供应器的隔离式±20V接脚，各组接脚可模拟1组电池封装。在测试电池电压时，电源供应器可为独立的电池电压提供2~4V，整体封装电压可达最高48V。接着软件将根据UUT的电压轮询至各组电池。我们再比较这些电压值与DMM所测得的电压值，以了解UUT的精确度。针对各组电池的平衡电流测试，我们使用PXI-4110电源供应器的16位回读(Readback)分辨率，可减少外接分流器(Shunt)或霍尔效应(Halleffect)电流。整体来说，由于PXI-4110的低涟波(Lowripple)、高速反应、高分辨率，与简单易用性，实为此应用的绝佳选择。

　　系统软件设计

　　我们使用LabVIEW撰写测试软件，并以组态档案纳入所有测试参数，让客户不需更改软件，亦可更新、放宽，或提升测试规格。此外，我们亦于另外1个组态档案中储存所有的DAQ信道与作业，不致影响背景软件亦可变更硬件或接线。同样的，由于用户接口是专为制造环境所设计，因此不需进行太多的人力操作，仅需测试工程师开启治具的安全盖、扫瞄UUT的序号条形码，再关闭治具安全盖，即可于标准作业期间开始测试。当完成测试时，将随即显示测试结果、测试数据记录为档案，并为工程师显示失败的测试作业。

　　基本平台的系统配置

　　还有，我们让所有软件均具备除错与诊断模式，让工程师能手动控制系统。测试工程师可用除错模式执行较小型的子集，降低失败的风险。诊断控制画面，则可存取系统相关的所有重点到相对应的设备。如此可让工程师手动读取系统电压与电流、控制电源供应器，驱动继电器，并沟通UUT。

　　精确且弹性的测试解决方案

　　在BloomyControls公司BMD功能测试系统中，所使用的NI模块化仪器与LabVIEW软件，均为精确、弹性，且简单易用的系统所必备。共6组PXI-4110可程序化直流电源供应器，可模拟锂电池的封装。为了因应未来需求，我们已设定了3组基本系统与9组治具，其中包含7组专属治具模型。我们并提供2组基本系统予合约包商，其中1家包商目前已于中国境内开工。

　　由于我们具备BMS测试的专业技术，更让我们仅冒极低的风险与极短的前置时间，即可迅速开发新的测试系统。而透过模块化仪器与可互换的组件，基本系统更可整合多款BMS模型进行测试。此方法可降低成本并缩短设计时间，为研发原型的高成本效益解决方案。NIPXI平台搭配LabVIEW开发环境，可迅速设计并建立BMS测试平台，其弹性足以测试多组消费性产品，其精确度更可符合BMS测试需求。

电池组管理系统测试平台

专利类型：发明

专利号：201010102766

专利申请日：2010/01/28

公开（公告）号：

公开（公告）日：2010/06/30

分类号：G01R 35/00;G01R 31/36

申请（专利权）人：北京航空航天大学

发明（设计）人：齐铂金;杜晓伟;郑敏信;张伟

申请人：北京航空航天大学

国别省市：11[中国|北京]

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技术简要说明：

本发明公开了一种电池组管理系统（ＢＭＳ）测试平台，包括通过ＣＡＮ总线连接的测试平台主控电脑、高精度电池电压模拟器、高精度大电流恒流源、高精度恒温箱、待测试的电池组管理系统、整车控制器模拟装置等，电池组管理系统连接有电池箱风冷装置、车载继电器组等。能够真实模拟动力电池组的输出状态，包括电池组的单体电池电压、总电压、充放电电流和电池组温度等状态，而且能够完成电池组管理系统与整车的各种通讯和命令功能、保护功能、电池组上强电过程，以及电池组过热保护等功能的测试和验证。能够对电池组管理系统的数据采集精度、电池组荷电状态的估算精度等进行测试评估。

主权利要求：

一种电池组管理系统测试平台，其特征在于，该测试平台包括：通过ＣＡＮ总线连接的测试平台主控电脑、高精度电池电压模拟器、高精度大电流恒流源、高精度恒温箱、待测试的电池组管理系统、整车控制器模拟装置；所述电池组管理系统连接有电池箱风冷装置、车载继电器组。