艾克賽普基于NI的電池測試系統解決方案
2023-12-20
一、電池測試系統概述
艾克賽普基于NI的電池測試系統(BTS)旨在滿足測試團隊的需求，以應對快速變化的測試要求、緊迫的時間安排和有限的資源。 BTS基于靈活的系統架構，具有用于添加設備的硬件抽象層、用于使用設備模型驗證測試序列的系統仿真， 以及用于大規模部署的企業數據和系統管理工具。BTS可幫助您以更低的測試成本、更快地交付更好的電池。
BTS優勢-高性能，高穩定性
1. 單機雙通道可串聯和并聯，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%響應時間
3. 充放電機水冷設計，>10年（8萬小時MTBF）穩定可靠行，充放電機房間可無空調設計，無風口進塵和更好的EMC，大大節省電耗和后續維護成本
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實時執行， 與溫箱水冷機等安全聯合控制
BTS優勢-靈活、開放軟件及硬件平臺
1. 工步參數支持值、變量、式子等方式，支持共享變量，支持矩陣查表
2. 支持CSV Excel二進制等多種數據高級檢索、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+手動尋找和處理數據的痛點
3.支持加入整車動力學+路面場景仿真手段，結合NI HIL臺架，進行電池包冬夏標實車工況調試和 復現，同時可對SOC和車輛模型參數進行標定，以及模擬實車紋波EMC測試
4. 易升級擴展，現成可用的CAN FD及車載以太網，具備網絡診斷及標定功能，以及增加數據采集通道等
BTS優勢-歐美普遍使用的電池測試系統
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證
3. 全球統一的咨詢和服務支持網絡
圖01. NI電池測試系統
二、電池測試挑戰
電池包是電動汽車(EV)中成本最昂貴的組件，對設計和性能（尺寸、重量、加速度、續航里程、充電時間 和車輛壽命）的影響最大。由于可能發生的災難性現場事件和召回事件中的高昂更換成本，該組件還具有 較高的保修責任風險。正確的設計對于避免這些問題并確保項目成功至關重要。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，而且還要確保在整個汽車壽命周期內及之后的任何時 間，電池包都能安全地運行，即使發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損壞。
性能
電池必須滿足性能設計目標，如充電時間、峰值能量傳輸率和整個生命周期內的熱穩定性。
壽命
電池必須在預期使用行為和車輛壽命所定義的循環次數內保持一定容量（例如，電池在2500次充電循環后 仍保持80%的原始容量）。
圖02. 電動汽車電池特性所帶來的測試挑戰
鑒于電動汽車的電池特性（圖2），大量重復的測試單元會運行難以加速的長期測試，這給管理系統、測試實驗室及其產生的數據帶來了挑戰。測試需求也在不斷變化，這意味著依賴供應商提供的封閉式測試系統可能會影響上市時間和成本，因此擁有更多的測試系統所有權，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，以確保設計得到適當的驗證，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和整體策略更加重要。
測試系統設計挑戰
電動汽車電池的測試面臨諸多挑戰，因此在為該復雜、昂貴且危險的電動汽車組件設計測試系統時，需考慮許多因素。NI的BTS旨在通過提供專注于開放性、靈活性及優化設計和測試團隊協作方式的軟件，幫助團隊迎接挑戰。
圖03. BTS設計以電池測試需求和特性為核心
圖04. BTS軟件旨在優化電動汽車電池測試工作流程
三、電池測試系統的優勢
在設計BTS時，NI充分利用了其在測試、測量、數據采集、信號調理和模塊化硬件方面數十年的經驗。NI 基于平臺的開放式系統的設計方法與封閉式解決方案形成鮮明對比，后者會產生供應商依賴性，并在完全 定制系統時大大增加成本和時間。在NI平臺上，可以靈活調整BTS硬件和軟件，以滿足在系統占用空間、預算、可擴展性、通道數和開發經 驗等方面的任何規范和要求
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架構進行快速擴展
1. 別名和通道映射：簡化測試設置和定制；根據需要輕松切換設備，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，如NH Research、 Heinzinger Automotive、Elektro-Automatik等，而無需修改測試系統的其余部分
4. 室內測量：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，如應變、電壓、電流或振動。
5. 系統仿真：將軟件開發與硬件可用性分離，在沒有設備的情況下驗證測試腳本，從而加快開發速度并降 低系統部署風險。
管理電池測試設施
1. 數據和系統管理儀表板：創建包含正確信息的定制數據儀表板，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、管理測試設施、優化能源使用并減少二氧化碳 排放量。
2. 數據記錄儀和黑匣子：可靠地記錄所有數據而不會丟失，使用可配置的選項在最長的測試時間內捕獲、報告和學習關鍵事件，并避免因數據丟失而重新進行測試。
3. 大規模系統配置器：使用BTS軟件進行大規模系統配置、連續遠程監控和測試數據庫管理，提高運行效 率，減少系統調試時間。
4. 室內測量：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，如應變、電壓、電流或振動。
5. 系統仿真：將軟件開發與硬件可用性分離，在沒有設備的情況下驗證測試腳本，從而加快開發速度并降 低系統部署風險。
圖06. BTS的開放式架構可有效地從單個測試單元擴展到大規模電池測試部署
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。從測試單元和DUT定義到設施管理，NI電池 測試軟件將設計和測試工程任務連接起來，以請求、定義、編寫、運行、監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
數據和系統管理儀表板：創建包含正確信息的定制數據儀表板，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、管理測試設施、優化能源使用并減少二氧化碳 排放量。
2. 解除負擔
通過統一的軟件工具鏈減少開發和維護時間，用于請求、實施、執行和監控測試，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果。
3. 擴展功能和自動化數據分析和報表
使用NI電池測試軟件無縫連接新設備或現有設備并擴展到大型測試設備組，易于擴展功能，統一管理設備、 測試工步和大量的測試數據，從而降低測試的總成本。
五、電池充放電設備參數概覽
六、電池測試系統測量機架和I/O
BTS測量機架將模塊化和可擴展性作為重點，以連接企業內各種不同的設備并運行長期自動化測試。
測量機架配置選項
通過更改測量組合和通道數來擴展測試系統，以滿足不斷變化的測試需求。常見的系統配置包括：
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（數字輸入、PWM輸入、電流輸入）
DIO（范圍與密度）
電池充放電測試系統集成
通過儀器抽象層，BTS可直接與NI電池充放電測試系統集成，也可以與第三方（如EA Elektro-Automatik） 充放電測試系統集成，從而簡化設備切換，無論供應商和型號如何，都無需修改測試系統的其余部分。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，這對于按時完成 任務至關重要。如果測試設備正在處理具有不同電池電壓等級和設計目標的多個程序的并發測試，這點尤 其有益。除了直接集成到BTS軟件外，還可以通過CAN、Modbus、串行和以太網進行集成。
圖08. NI電力電子產品組合
其他設備集成（熱室、冷卻器、儀器）
電池測試系統還可以通過儀器附加軟件輕松支持各種品牌和型號的設備，從而易于切換儀器并快速重新配 置測試臺，以滿足新設備的不同測試和要求。儀器附加軟件提供了標準化方式，可通過NI驅動程序與具有 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，以支持您特有的設備組合。
系統仿真
借助電池測試系統，您可以使用模型來仿真和測試設備，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備和真實設備之 間輕松切換。
圖09. 利用系統仿真，通過將開發與硬件可用性分離和降低部署風險來加速測試。
大規模測試系統部署
為滿足對更多電池進行有效擴展和測試的需求，NI提供以下功能，以提高大規模測試部署的效率：
1. 用于遠程監控和警報的監控UI
通過統一的軟件體驗管理多個分布式測試臺。
持續監控系統狀態和測試狀態、運行狀況、利用率、數據趨勢和其他變量。
2. 測試結果數據庫數據
自動整理多個來源的數據，方便進行查詢和分析
跨測試系統和設施快速訪問和搜索測量數據
智能分析測試結果及相關文件，并自動生成報告
3. 系統管理
使用正確的測試軟件包高效復制和部署測試系統
集中管理分布式軟件并控制訪問
執行遠程設備配置和診斷
通過警報管理、通知和校準報告管理系統性能運行狀況
七、系統維護和保養
NI系統不僅可以幫助您解決極具挑戰性的工程問題，同時也提供了出色的服務和支持。每次部署BTS后， NI和我們的合作伙伴都會與您協同確定最符合您應用需求的服務級別，確保您取得長期成功。
BTS專家將為您公司內部的維護運營保駕護航，免除您的后顧之憂。每個BTS都包含為期三年的基本服務計劃，并可選擇減少或增加計劃持續時間。
表02. 系統維護和保養選項
最新資訊
