基本 BMS 測試係統

 

    "NI PXI 平台搭配 LabVIEW 開發環境，可迅速設計並建立 BMS 測試平台，其彈性足以測試多組消費性產品
，其精確度更可符合 BMS 測試需求。"

    - Grant Gothing, Bloomy Controls

    挑戰：
    設計並開發彈性、高成本效益的生產測試係統，用於電池平衡 (Battery balancing) 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)、執行高精確度的電壓與電流量測，並透過序列/Controller Area Network (CAN) 以溝通受測單位。

    解決方案：
    以 NI PXI 平台與 NI LabVIEW 開發環境為架構，建立模塊化儀控功能的通用測試係統。包含 6 組 NI PXI-4110 電源供應器以模擬電池包
，並可達到多重產品測試所需的彈性與精確度。

    作者：
    Grant Gothing - Bloomy Controls

    youdianhunhechechanyekuaisuchengchang，yidaibiaoshengchanceshiyuliangcejiangyongyougengduoxinjihui。zhexiejihuijiangxuyaoshengchancengjideceshixitong，bingbixusuoduanshejishijian，bingdadaojiaogaojingqueduyuwendingdu。qizhongjiangbaohanlidianchifengzhuangdedianchiguanlixitong (Battery management system，BMS) 的生產測試

，用於充電式油電混合車 (PHEV) 中。

    BMS 將控製電池封裝與控製係統的監測作業
、控製作業，與電路安全性
；可精確監控電池充電量；平衡電池之間的電壓
，以維持穩定的封裝電壓；並避免串聯的 12 組電池封裝發生過電壓與過電流，以保護整個係統。此外，BMS 可監控係統溫度；進入休眠模式節省係統電路，以降低電流牽引 (Current draw)；並可銜接外部控製器，提供係統的相關響應。因為有多款電池管理機板 (包含獨立封裝的平衡與監控機板，還有係統控製機板)，我們將說明所有類型的 BMS。

    由於 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格。電池電壓必須達到毫伏 (Millivolt) 的監控精確度，安全瑕疵不能超出容錯範圍，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

，且耐用的測試係統，以仿真電池封裝、達到係統電壓
、量測電池與係統的電壓/電流，並能溝通 UUT。

    我們以 Bloomy Comtrols 公司的 PXI 通用測試係統開始，建構彈性且高精確度的基本平台，並內含標準的 Mass interconnect 功能，透過可互換的設備，測試 BMS 電路卡的多款模型。我們的係統可集中約 6 組 NI PXI-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 NI PXI-4071 多功能數字電表 (DMM)，以量測毫伏單位的電壓；並新增 NI PXI-6221 - M 係列 DAQ 模塊，達到模擬輸出
、TTL 數字 I/O，與較高速的模擬輸入量測作業。我們所建置的 NI PXI-6514 工業級數位 I/O 模塊，可讀取切換器並驅動設備的繼電器。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係統功率。

    最後透過 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。此測試係統即可達到 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 (Fixture receiver)
，透過單一硬件即可測試數款不同的 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，即可於 UUT 之(zhi)間(jian)共(gong)享(xiang)重(zhong)要(yao)的(de)儀(yi)控(kong)硬(ying)件(jian)，以(yi)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)與(yu)前(qian)置(zhi)時(shi)間(jian)。在(zai)建(jian)立(li)了(le)基(ji)礎(chu)係(xi)統(tong)之(zhi)後(hou)，即(ji)可(ke)迅(xun)速(su)設(she)計(ji)並(bing)建(jian)立(li)新(xin)的(de)治(zhi)具(ju)，還(hai)有(you)相(xiang)關(guan)的(de)測(ce)試(shi)軟(ruan)件(jian)。

    為了模擬 12 組鋰電池封裝，我們共串聯 6 組 PXI-4110電源供應器的隔離式 ±20 V 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 ~ 4 V
，整體封裝電壓可達最高 48 V。接著軟件將根據 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 (Hall effect) 電流。整體來說，由於 PXI-4110 的低漣波 (Low ripple)、高速反應、高分辨率，與簡單易用性
，實為此應用的絕佳選擇。

    我們使用 LabVIEW 撰寫測試軟件，並以組態檔案納入所有測試參數，讓客戶不需更改軟件，亦可更新、放寬
，或提升測試規格。此外，我們亦於另外 1 個組態檔案中儲存所有的 DAQ xindaoyuzuoye

，buzhiyingxiangbeijingruanjianyikebiangengyingjianhuojiexian。tongyangde，youyuyonghujiekoushizhuanweizhizaohuanjingsuosheji，yincibuxujinxingtaiduoderenlicaozuo，jinxuceshigongchengshikaiqizhijudeanquangai、掃瞄 UUT 的序號條形碼，再關閉治具安全蓋，即可於標準作業期間開始測試。當完成測試時，將隨即顯示測試結果
、測試數據記錄為檔案，並為工程師顯示失敗的測試作業。

    在 Bloomy Controls 公司 BMD 功能測試係統中，所使用的 NI 模塊化儀器與 LabVIEW 軟件，均為精確、彈性，且簡單易用的係統所必備。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 組基本係統與 9 組治具

，其中包含 7 組專屬治具模型。我們並提供 2 組基本係統予合約包商，其中 1 家包商目前已於中國境內開工。

由於我們具備 BMS 測(ce)試(shi)的(de)專(zhuan)業(ye)技(ji)術(shu)，更(geng)讓(rang)我(wo)們(men)僅(jin)冒(mao)極(ji)低(di)的(de)風(feng)險(xian)與(yu)極(ji)短(duan)的(de)前(qian)置(zhi)時(shi)間(jian)，即(ji)可(ke)迅(xun)速(su)開(kai)發(fa)新(xin)的(de)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)。而(er)透(tou)過(guo)模(mo)塊(kuai)化(hua)儀(yi)器(qi)與(yu)可(ke)互(hu)換(huan)的(de)組(zu)件(jian)
，基(ji)本(ben)係(xi)統(tong)更(geng)可(ke)整(zheng)合(he)多(duo)款(kuan) BMS 模型進行測試。此方法可降低成本並縮短設計時間，為研發原型的高成本效益解決方案。NI PXI 平台搭配 LabVIEW 開發環境，可迅速設計並建立 BMS 測試平台

，其彈性足以測試多組消費性產品
，其精確度更可符合 BMS 測試需求。