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艾克賽普基于NI的電池測試系統(tǒng)解決方案

2023-12-20

一、電池測試系統(tǒng)概述

艾克賽普基于NI的電池測試系統(tǒng)(BTS)旨在滿足測試團隊的需求，以應(yīng)對快速變化的測試要求、緊迫的時間安排和有限的資源。 BTS基于靈活的系統(tǒng)架構(gòu)，具有用于添加設(shè)備的硬件抽象層、用于使用設(shè)備模型驗證測試序列的系統(tǒng)仿真，以及用于大規(guī)模部署的企業(yè)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理工具。BTS可幫助您以更低的測試成本、更快地交付更好的電池。

BTS優(yōu)勢-高性能，高穩(wěn)定性

1. 單機雙通道可串聯(lián)和并聯(lián)，多量程1200V/600V或1500V/750V，0-10V電芯

2. <+/-0.02%測量精度，<1ms充放電10%-90%響應(yīng)時間

3. 充放電機水冷設(shè)計，>10年（8萬小時MTBF）穩(wěn)定可靠行，充放電機房間可無空調(diào)設(shè)計，無風(fēng)口進塵和更好的EMC，大大節(jié)省電耗和后續(xù)維護成本

4. LinuxRT 8核性能強勁的中位機1ms精碓采樣時間，工步（Step Time）Real-Time實時執(zhí)行，與溫箱水冷機等安全聯(lián)合控制

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BTS優(yōu)勢-靈活、開放軟件及硬件平臺

1. 工步參數(shù)支持值、變量、式子等方式，支持共享變量，支持矩陣查表

2. 支持CSV Excel二進制等多種數(shù)據(jù)高級檢索、自定義分析、Python/VB等自動生成報表，為用戶在單個項目可省1000小時+手動尋找和處理數(shù)據(jù)的痛點

3.支持加入整車動力學(xué)+路面場景仿真手段，結(jié)合NI HIL臺架，進行電池包冬夏標(biāo)實車工況調(diào)試和復(fù)現(xiàn)，同時可對SOC和車輛模型參數(shù)進行標(biāo)定，以及模擬實車紋波EMC測試

4. 易升級擴展，現(xiàn)成可用的CAN FD及車載以太網(wǎng)，具備網(wǎng)絡(luò)診斷及標(biāo)定功能，以及增加數(shù)據(jù)采集通道等

BTS優(yōu)勢-歐美普遍使用的電池測試系統(tǒng)

1. 美國和歐洲Top5 OEMs總部署上千通道量級

2. 符合歐洲美國的最全面的安全等級認(rèn)證

3. 全球統(tǒng)一的咨詢和服務(wù)支持網(wǎng)絡(luò)

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圖01. NI電池測試系統(tǒng)

二、電池測試挑戰(zhàn)

電池包是電動汽車(EV)中成本最昂貴的組件，對設(shè)計和性能（尺寸、重量、加速度、續(xù)航里程、充電時間和車輛壽命）的影響最大。由于可能發(fā)生的災(zāi)難性現(xiàn)場事件和召回事件中的高昂更換成本，該組件還具有較高的保修責(zé)任風(fēng)險。正確的設(shè)計對于避免這些問題并確保項目成功至關(guān)重要。電動汽車電池團隊必須最大限度地降低成本、提高性能，同時快速完成任務(wù)，而且還要確保在整個汽車壽命周期內(nèi)及之后的任何時間，電池包都能安全地運行，即使發(fā)生故障也要確保安全性。電動汽車電池團隊必須基于以下要求驗證其設(shè)計：

安全

在所有特定的運行條件下，電池必須足夠安全。如果發(fā)生故障，無論是由于制造缺陷（如電池故障或焊接不良），還是由于碰撞擊穿或以其他方式損壞電池，電池都必須在故障模式下安全地?fù)p壞。

性能

電池必須滿足性能設(shè)計目標(biāo)，如充電時間、峰值能量傳輸率和整個生命周期內(nèi)的熱穩(wěn)定性。

壽命

電池必須在預(yù)期使用行為和車輛壽命所定義的循環(huán)次數(shù)內(nèi)保持一定容量（例如，電池在2500次充電循環(huán)后仍保持80%的原始容量）。

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圖02. 電動汽車電池特性所帶來的測試挑戰(zhàn)

鑒于電動汽車的電池特性（圖2），大量重復(fù)的測試單元會運行難以加速的長期測試，這給管理系統(tǒng)、測試實驗室及其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)帶來了挑戰(zhàn)。測試需求也在不斷變化，這意味著依賴供應(yīng)商提供的封閉式測試系統(tǒng)可能會影響上市時間和成本，因此擁有更多的測試系統(tǒng)所有權(quán)，并避免不必要的依賴，有利于測試團隊更好地控制其測試策略。

雖然SAE、ISO、IEC和UL提供了基本的測試要求，但測試團隊不能滿足于此且必須對這些要求進行擴充，以確保設(shè)計得到適當(dāng)?shù)尿炞C，符合汽車制造商、政府和其他各方的期望，這就使得擁有和控制測試系統(tǒng)和整體策略更加重要。

測試系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)

電動汽車電池的測試面臨諸多挑戰(zhàn)，因此在為該復(fù)雜、昂貴且危險的電動汽車組件設(shè)計測試系統(tǒng)時，需考慮許多因素。NI的BTS旨在通過提供專注于開放性、靈活性及優(yōu)化設(shè)計和測試團隊協(xié)作方式的軟件，幫助團隊迎接挑戰(zhàn)。

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圖03. BTS設(shè)計以電池測試需求和特性為核心

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圖04. BTS軟件旨在優(yōu)化電動汽車電池測試工作流程

三、電池測試系統(tǒng)的優(yōu)勢

在設(shè)計BTS時，NI充分利用了其在測試、測量、數(shù)據(jù)采集、信號調(diào)理和模塊化硬件方面數(shù)十年的經(jīng)驗。NI 基于平臺的開放式系統(tǒng)的設(shè)計方法與封閉式解決方案形成鮮明對比，后者會產(chǎn)生供應(yīng)商依賴性，并在完全定制系統(tǒng)時大大增加成本和時間。在NI平臺上，可以靈活調(diào)整BTS硬件和軟件，以滿足在系統(tǒng)占用空間、預(yù)算、可擴展性、通道數(shù)和開發(fā)經(jīng) 驗等方面的任何規(guī)范和要求

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圖05. NI的方法為電池測試提供了速度和靈活性

借助靈活的開放式系統(tǒng)架構(gòu)進行快速擴展

1. 別名和通道映射：簡化測試設(shè)置和定制；根據(jù)需要輕松切換設(shè)備，而不會意外中斷任何其他功能。

2. 模塊化可擴展I/O：添加測量通道，以最小的每通道成本增量進行擴展，并快速添加混合測量

3. 電力電子和儀器附加軟件：使用儀器抽象層集成NI或第三方電池充放電測試系統(tǒng)，如NH Research、 Heinzinger Automotive、Elektro-Automatik等，而無需修改測試系統(tǒng)的其余部分

4. 室內(nèi)測量：使用堅固耐用的、同步的、具有IP防護等級的測量模塊和熱室控制，進行溫度和濕度曲線測試以及其他DUT測量，如應(yīng)變、電壓、電流或振動。

5. 系統(tǒng)仿真：將軟件開發(fā)與硬件可用性分離，在沒有設(shè)備的情況下驗證測試腳本，從而加快開發(fā)速度并降低系統(tǒng)部署風(fēng)險。

管理電池測試設(shè)施

1. 數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理儀表板：創(chuàng)建包含正確信息的定制數(shù)據(jù)儀表板，并提供給正確的人員，以便他們采取正確的措施來最大限度地提高利用率和正常運行時間、管理測試設(shè)施、優(yōu)化能源使用并減少二氧化碳排放量。

2. 數(shù)據(jù)記錄儀和黑匣子：可靠地記錄所有數(shù)據(jù)而不會丟失，使用可配置的選項在最長的測試時間內(nèi)捕獲、報告和學(xué)習(xí)關(guān)鍵事件，并避免因數(shù)據(jù)丟失而重新進行測試。

3. 大規(guī)模系統(tǒng)配置器：使用BTS軟件進行大規(guī)模系統(tǒng)配置、連續(xù)遠程監(jiān)控和測試數(shù)據(jù)庫管理，提高運行效率，減少系統(tǒng)調(diào)試時間。

5. 系統(tǒng)仿真：將軟件開發(fā)與硬件可用性分離，在沒有設(shè)備的情況下驗證測試腳本，從而加快開發(fā)速度并降低系統(tǒng)部署風(fēng)險。

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圖06. BTS的開放式架構(gòu)可有效地從單個測試單元擴展到大規(guī)模電池測試部署

四、NI電池測試軟件

NI電池測試軟件旨在解決電池測試工作流程不同級別的挑戰(zhàn)。從測試單元和DUT定義到設(shè)施管理，NI電池測試軟件將設(shè)計和測試工程任務(wù)連接起來，以請求、定義、編寫、運行、監(jiān)測和報告所需的任何測試，而無需進行重大的軟件重新配置。具有以下特點：

1. 專注于測試，而不是底層開發(fā)

數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理儀表板：創(chuàng)建包含正確信息的定制數(shù)據(jù)儀表板，并提供給正確的人員，以便他們采取正確的措施來最大限度地提高利用率和正常運行時間、管理測試設(shè)施、優(yōu)化能源使用并減少二氧化碳排放量。

2. 解除負(fù)擔(dān)

通過統(tǒng)一的軟件工具鏈減少開發(fā)和維護時間，用于請求、實施、執(zhí)行和監(jiān)控測試，并通過針對不同角色和用戶可自定義用戶界面和報告測試結(jié)果。

3. 擴展功能和自動化數(shù)據(jù)分析和報表

使用NI電池測試軟件無縫連接新設(shè)備或現(xiàn)有設(shè)備并擴展到大型測試設(shè)備組，易于擴展功能，統(tǒng)一管理設(shè)備、測試工步和大量的測試數(shù)據(jù)，從而降低測試的總成本。

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五、電池充放電設(shè)備參數(shù)概覽

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六、電池測試系統(tǒng)測量機架和I/O

BTS測量機架將模塊化和可擴展性作為重點，以連接企業(yè)內(nèi)各種不同的設(shè)備并運行長期自動化測試。

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測量機架配置選項

通過更改測量組合和通道數(shù)來擴展測試系統(tǒng)，以滿足不斷變化的測試需求。常見的系統(tǒng)配置包括：

電壓輸入（范圍與密度）
溫度測量（隔離、密度與遠程IO）
HVIL信號類型（數(shù)字輸入、PWM輸入、電流輸入）
DIO（范圍與密度）

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電池充放電測試系統(tǒng)集成

通過儀器抽象層，BTS可直接與NI電池充放電測試系統(tǒng)集成，也可以與第三方（如EA Elektro-Automatik）充放電測試系統(tǒng)集成，從而簡化設(shè)備切換，無論供應(yīng)商和型號如何，都無需修改測試系統(tǒng)的其余部分。無需花費時間重新編程或重新映射測試軟件，即可快速集成、切換和重新配置充放電系統(tǒng)，這對于按時完成任務(wù)至關(guān)重要。如果測試設(shè)備正在處理具有不同電池電壓等級和設(shè)計目標(biāo)的多個程序的并發(fā)測試，這點尤其有益。除了直接集成到BTS軟件外，還可以通過CAN、Modbus、串行和以太網(wǎng)進行集成。

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圖08. NI電力電子產(chǎn)品組合

其他設(shè)備集成（熱室、冷卻器、儀器）

電池測試系統(tǒng)還可以通過儀器附加軟件輕松支持各種品牌和型號的設(shè)備，從而易于切換儀器并快速重新配置測試臺，以滿足新設(shè)備的不同測試和要求。儀器附加軟件提供了標(biāo)準(zhǔn)化方式，可通過NI驅(qū)動程序與具有 CAN、LIN、串行、GPIB或UDP（SCPI或自定義）等受支持的通信協(xié)議的儀器通信。配置完成后，只需加載正確的儀器附加軟件，即可在任何測試臺配置中使用該設(shè)備。這樣您就可以編寫和維護自己的儀器插件庫，以支持您特有的設(shè)備組合。

系統(tǒng)仿真

借助電池測試系統(tǒng)，您可以使用模型來仿真和測試設(shè)備，從而在沒有硬件的情況下編寫和驗證測試序列和軟件。這將開發(fā)與硬件可用性分離，通過切換BTS軟件中的項目，可以在基于模型的仿真設(shè)備和真實設(shè)備之間輕松切換。

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