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基于PXI平台与LabVIEW开发环境实现BMS测试平台的设
作者:币游国际官网 发布时间:2020-12-21 02:47

  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。”

  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 (Battery balancing) 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/Controller Area Network (CAN) 以沟通受测单位。

  以 NI PXI 平台与 NI LabVIEW 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 NI PXI-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。

  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 (Battery management system,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 (Current draw);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。

  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。

  我们以 Bloomy Comtrols 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 Mass interconnect 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 NI PXI-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 NI PXI-4071 多功能数字电表 (DMM),以量测毫伏单位的电压;并新增 NI PXI-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 NI PXI-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 (Fixture receiver),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。

  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 ±20 V 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 ~ 4 V,整体封装电压可达最高 48 V。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 (Hall effect) 电流。整体来说,由于 PXI-4110 的低涟波 (Low ripple)、高速反应、高分辨率,与简单易用性,实为此应用的绝佳选择。

  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。

  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。

  在 Bloomy Controls 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。NI PXI 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。

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