艾克赛普基于NI的电池测试系统解决方案
2023-12-20
一、电池测试系统概述
艾克赛普基于NI的电池测试系统(BTS)旨在满足测试团队的需求，以应对快速变化的测试要求、紧迫的时间安排和有限的资源。 BTS基于灵活的系统架构，具有用于添加设备的硬件抽象层、用于使用设备模型验证测试序列的系统仿真， 以及用于大规模部署的企业数据和系统管理工具。BTS可帮助您以更低的测试成本、更快地交付更好的电池。
BTS优势-高性能，高稳定性
1. 单机双通道可串联和并联，多量程1200V/600V或1500V/750V，0-10V电芯
2. <+/-0.02%测量精度，<1ms充放电10%-90%响应时间
3. 充放电机水冷设计，>10年（8万小时MTBF）稳定可靠行，充放电机房间可无空调设计，无风口进尘和更好的EMC，大大节省电耗和后续维护成本
4. LinuxRT 8核性能强劲的中位机1ms精碓采样时间，工步（Step Time）Real-Time实时执行， 与温箱水冷机等安全联合控制
BTS优势-灵活、开放软件及硬件平台
1. 工步参数支持值、变量、式子等方式，支持共享变量，支持矩阵查表
2. 支持CSV Excel二进制等多种数据高级检索、自定义分析、Python/VB等自动生成报表，为用户 在单个项目可省1000小时+手动寻找和处理数据的痛点
3.支持加入整车动力学+路面场景仿真手段，结合NI HIL台架，进行电池包冬夏标实车工况调试和 复现，同时可对SOC和车辆模型参数进行标定，以及模拟实车纹波EMC测试
4. 易升级扩展，现成可用的CAN FD及车载以太网，具备网络诊断及标定功能，以及增加数据采集通道等
BTS优势-欧美普遍使用的电池测试系统
1. 美国和欧洲Top5 OEMs总部署上千通道量级
2. 符合欧洲美国的最全面的安全等级认证
3. 全球统一的咨询和服务支持网络
图01. NI电池测试系统
二、电池测试挑战
电池包是电动汽车(EV)中成本最昂贵的组件，对设计和性能（尺寸、重量、加速度、续航里程、充电时间 和车辆寿命）的影响最大。由于可能发生的灾难性现场事件和召回事件中的高昂更换成本，该组件还具有 较高的保修责任风险。正确的设计对于避免这些问题并确保项目成功至关重要。电动汽车电池团队必须最 大限度地降低成本、提高性能，同时快速完成任务，而且还要确保在整个汽车寿命周期内及之后的任何时 间，电池包都能安全地运行，即使发生故障也要确保安全性。电动汽车电池团队必须基于以下要求验证其 设计：
安全
在所有特定的运行条件下，电池必须足够安全。如果发生故障，无论是由于制造缺陷（如电池故障或焊接 不良），还是由于碰撞击穿或以其他方式损坏电池，电池都必须在故障模式下安全地损坏。
性能
电池必须满足性能设计目标，如充电时间、峰值能量传输率和整个生命周期内的热稳定性。
寿命
电池必须在预期使用行为和车辆寿命所定义的循环次数内保持一定容量（例如，电池在2500次充电循环后 仍保持80%的原始容量）。
图02. 电动汽车电池特性所带来的测试挑战
鉴于电动汽车的电池特性（图2），大量重复的测试单元会运行难以加速的长期测试，这给管理系统、测试实验室及其产生的数据带来了挑战。测试需求也在不断变化，这意味着依赖供应商提供的封闭式测试系统可能会影响上市时间和成本，因此拥有更多的测试系统所有权，并避免不必要的依赖，有利于测试团队更好地控制其测试策略。
虽然SAE、ISO、IEC和UL提供了基本的测试要求，但测试团队不能满足于此且必须对这些要求进行扩充，以确保设计得到适当的验证，符合汽车制造商、政府和其他各方的期望，这就使得拥有和控制测试系统和整体策略更加重要。
测试系统设计挑战
电动汽车电池的测试面临诸多挑战，因此在为该复杂、昂贵且危险的电动汽车组件设计测试系统时，需考虑许多因素。NI的BTS旨在通过提供专注于开放性、灵活性及优化设计和测试团队协作方式的软件，帮助团队迎接挑战。
图03. BTS设计以电池测试需求和特性为核心
图04. BTS软件旨在优化电动汽车电池测试工作流程
三、电池测试系统的优势
在设计BTS时，NI充分利用了其在测试、测量、数据采集、信号调理和模块化硬件方面数十年的经验。NI 基于平台的开放式系统的设计方法与封闭式解决方案形成鲜明对比，后者会产生供应商依赖性，并在完全 定制系统时大大增加成本和时间。在NI平台上，可以灵活调整BTS硬件和软件，以满足在系统占用空间、预算、可扩展性、通道数和开发经 验等方面的任何规范和要求
图05. NI的方法为电池测试提供了速度和灵活性
借助灵活的开放式系统架构进行快速扩展
1. 别名和通道映射：简化测试设置和定制；根据需要轻松切换设备，而不会意外中断任何其他功能。
2. 模块化可扩展I/O：添加测量通道，以最小的每通道成本增量进行扩展，并快速添加混合测量
3. 电力电子和仪器附加软件：使用仪器抽象层集成NI或第三方电池充放电测试系统，如NH Research、 Heinzinger Automotive、Elektro-Automatik等，而无需修改测试系统的其余部分
4. 室内测量：使用坚固耐用的、同步的、具有IP防护等级的测量模块和热室控制，进行温度和湿度曲线测试以及其他DUT测量，如应变、电压、电流或振动。
5. 系统仿真：将软件开发与硬件可用性分离，在没有设备的情况下验证测试脚本，从而加快开发速度并降 低系统部署风险。
管理电池测试设施
1. 数据和系统管理仪表板：创建包含正确信息的定制数据仪表板，并提供给正确的人员，以便他们采取 正确的措施来最大限度地提高利用率和正常运行时间、管理测试设施、优化能源使用并减少二氧化碳 排放量。
2. 数据记录仪和黑匣子：可靠地记录所有数据而不会丢失，使用可配置的选项在最长的测试时间内捕获、报告和学习关键事件，并避免因数据丢失而重新进行测试。
3. 大规模系统配置器：使用BTS软件进行大规模系统配置、连续远程监控和测试数据库管理，提高运行效 率，减少系统调试时间。
4. 室内测量：使用坚固耐用的、同步的、具有IP防护等级的测量模块和热室控制，进行温度和湿度曲线测试以及其他DUT测量，如应变、电压、电流或振动。
5. 系统仿真：将软件开发与硬件可用性分离，在没有设备的情况下验证测试脚本，从而加快开发速度并降 低系统部署风险。
图06. BTS的开放式架构可有效地从单个测试单元扩展到大规模电池测试部署
四、NI电池测试软件
NI电池测试软件旨在解决电池测试工作流程不同级别的挑战。从测试单元和DUT定义到设施管理，NI电池 测试软件将设计和测试工程任务连接起来，以请求、定义、编写、运行、监测和报告所需的任何测试，而 无需进行重大的软件重新配置。具有以下特点：
1. 专注于测试，而不是底层开发
数据和系统管理仪表板：创建包含正确信息的定制数据仪表板，并提供给正确的人员，以便他们采取 正确的措施来最大限度地提高利用率和正常运行时间、管理测试设施、优化能源使用并减少二氧化碳 排放量。
2. 解除负担
通过统一的软件工具链减少开发和维护时间，用于请求、实施、执行和监控测试，并通过针对不同角色和 用户可自定义 用户界面和报告测试结果。
3. 扩展功能和自动化数据分析和报表
使用NI电池测试软件无缝连接新设备或现有设备并扩展到大型测试设备组，易于扩展功能，统一管理设备、 测试工步和大量的测试数据，从而降低测试的总成本。
五、电池充放电设备参数概览
六、电池测试系统测量机架和I/O
BTS测量机架将模块化和可扩展性作为重点，以连接企业内各种不同的设备并运行长期自动化测试。
测量机架配置选项
通过更改测量组合和通道数来扩展测试系统，以满足不断变化的测试需求。常见的系统配置包括：
电压输入（范围与密度）
温度测量（隔离、密度与远程IO）
HVIL信号类型（数字输入、PWM输入、电流输入）
DIO（范围与密度）
电池充放电测试系统集成
通过仪器抽象层，BTS可直接与NI电池充放电测试系统集成，也可以与第三方（如EA Elektro-Automatik） 充放电测试系统集成，从而简化设备切换，无论供应商和型号如何，都无需修改测试系统的其余部分。无 需花费时间重新编程或重新映射测试软件，即可快速集成、切换和重新配置充放电系统，这对于按时完成 任务至关重要。如果测试设备正在处理具有不同电池电压等级和设计目标的多个程序的并发测试，这点尤 其有益。除了直接集成到BTS软件外，还可以通过CAN、Modbus、串行和以太网进行集成。
图08. NI电力电子产品组合
其他设备集成（热室、冷却器、仪器）
电池测试系统还可以通过仪器附加软件轻松支持各种品牌和型号的设备，从而易于切换仪器并快速重新配 置测试台，以满足新设备的不同测试和要求。仪器附加软件提供了标准化方式，可通过NI驱动程序与具有 CAN、LIN、串行、GPIB或UDP（SCPI或自定义）等受支持的通信协议的仪器通信。配置完成后，只需加 载正确的仪器附加软件，即可在任何测试台配置中使用该设备。这样您就可以编写和维护自己的仪器插件 库，以支持您特有的设备组合。
系统仿真
借助电池测试系统，您可以使用模型来仿真和测试设备，从而在没有硬件的情况下编写和验证测试序列和 软件。这将开发与硬件可用性分离，通过切换BTS软件中的项目，可以在基于模型的仿真设备和真实设备之 间轻松切换。
图09. 利用系统仿真，通过将开发与硬件可用性分离和降低部署风险来加速测试。
大规模测试系统部署
为满足对更多电池进行有效扩展和测试的需求，NI提供以下功能，以提高大规模测试部署的效率：
1. 用于远程监控和警报的监控UI
通过统一的软件体验管理多个分布式测试台。
持续监控系统状态和测试状态、运行状况、利用率、数据趋势和其他变量。
2. 测试结果数据库数据
自动整理多个来源的数据，方便进行查询和分析
跨测试系统和设施快速访问和搜索测量数据
智能分析测试结果及相关文件，并自动生成报告
3. 系统管理
使用正确的测试软件包高效复制和部署测试系统
集中管理分布式软件并控制访问
执行远程设备配置和诊断
通过警报管理、通知和校准报告管理系统性能运行状况
七、系统维护和保养
NI系统不仅可以帮助您解决极具挑战性的工程问题，同时也提供了出色的服务和支持。每次部署BTS后， NI和我们的合作伙伴都会与您协同确定最符合您应用需求的服务级别，确保您取得长期成功。
BTS专家将为您公司内部的维护运营保驾护航，免除您的后顾之忧。每个BTS都包含为期三年的基本服务计划，并可选择减少或增加计划持续时间。
表02. 系统维护和保养选项
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