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安培通BMS自动化测试系统
详细信息
一、行业背景
近年来，随着能源和环境问题已经成为当代经济需要沉思的问题，那么各国政府也都出台各种各样的相关政策以及行业发展，来解决能源和环境问题。然而房产和汽车两大产业支柱着国民的经济命脉，各国也都高度关注节能环保与新能源汽车的研发和产业化，那么“绿色”成为了节能减排的代名词了，于是各大汽车厂商也投入了大量的人力物力来为新能源行业添砖加瓦。然而同时随着现代化、自动化、物联网化的风靡全球，加之工业4.0时代的催生到来，全球制造业的转型升级乃大势所趋，而汽车行业作为智能制造的领军者，对生产系统的自动化提出了更高的要求。然而新能源汽车的核心动力源就是咱们所称之为“绿色核心”的动力电池，于是针对新能源行业的动力电池的测试系统便应运而生了，北京安培通科技有限公司自主研发的BMS Mwell-STS100自动化测试系统正是针对新能源动力电池的检测而实现自动化、信息化等时代产物的测试平台，该平台基于柔性测试的理念、分布式测试、过程测试、仿真测试等先进的设计思路而产生。
二、产品简介
AMPTON BMS Mwell-STS100测试系统平台是为动力电池管理系统(BMS)的研发测试、生产测试而设计的专业测试设备。对BMS进行测试时，该设备可以用来进行总电压模拟，总电流充电放电模拟，电芯模拟，均衡模拟，SOC估算精度验证，安规性能试验，电池包故障模拟。同时，模块化可扩展设计，每个电芯模拟单元都可以单独控制。模拟电芯的数量可以根据用户的实际测试需求订制。模块化设计可以满足不同客户的定制需求和后续扩展。强大电池模型数据库适用于各类锂离子电池（铁锂、三元)，适用于不同容量的单体电池特性，适应性广。
主要应用：
• 第三方测试检测认证单位。因为BMS检测系统根据电池模拟库，可以模拟不同类型的电芯，也可以学习电池特定充放电工况，方便第三方检测机构测试不同厂家的BMS系统。
• BMS生产线。可控且高精度电芯可以快速的设置不同电压，对BMS进行AD 标定和精度测试。
• BMS 开发单位，开发过程中面临各种正常工况和故障工况的模拟，真实电池包没办法快速响应而且处于安全考虑有些故障工况不能模拟，BMS测试系统可以快速方便的模拟。
三、系统组成概述
测试台的结构参照本公司先有的Mwell STS100标准化测试台；从功能角度由以下几部份组成：电源部份、测量处理中心（计算机系统）、可编程电源、自主研发隔离性高精度80路温度检测卡、检测工装、信号（通道）自动切换设备……等等组成，基于Mwell STS100标准化测试台的基础上进行演变。
图1：自动化的测试系统平台—BMS Mwell STS100
图2：自动化的测试系统平台组成架构—BMS Mwell STS100
BMS Mwell STS100系统特点
• 高自动化：采用自动化测试系统、自动化工装夹具系统、自动化数据记录及统计系统；
• 高稳定性：采用成熟稳定的软、硬件平台，保证系统的可靠性；
• 易操作性：自动化程度高，操作方便；
• 高灵活性：采用模块化架构，方便用户进行设备升级、维护；
• 强兼容性：采用易更换的工装夹具，可兼容不同型号的VCU；
• 可编辑性：用户可根据需要编辑测试流程及测试标准，方便管理测试过程；
• 可追溯性：集成数据库或MES系统，保证测试结果的可追溯；
• 高安全性：采用完善可靠的安全保护机制，确保操作人员的安全
BMS Mwell-STS100功能介绍
BMS（电池管理系统）是电动车的重要组成部分，主要用于监控电池状态，提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，达到延长电池的使用寿命的目的。
本系统可以实现BMS的自动化生产，针对BMS的典型测试项目包括：
图3：BMS典型测试项
四、系统组成概述
1. 系统环境适应性设计
a) 实验室环境下使用；
b) 使用温度： 0℃～+50℃；
c) 贮存温度：-20℃～+70℃。
2. 系统总体组成
大体方案构架规划图
整个系统包含3个独立而又相互的测试系统，主要分为如下3个测试栈：
a) 系统级测试栈
b) 匹配功能测试栈
c) 元器件性能测试栈
各栈的主要功能说明：
(1) 系统级测试栈
上电检测：模拟整车上电，示波器检测V1、V2、V3电压、同时设备读取BMS上电报文。分析对比上电时间。
下电检测：模拟整车下电，示波器检测V1、V2、V3电压、同时设备读取BMS上电报文。分析对比上电时间。
(2) 匹配功能测试栈
匹配测试主要分为整包测试和测试柜测试，整包测试电流（电流传感器选择±1000A大量程传感器）、电压、温度传感器安装到电池包内部。测试柜测试，测试柜主要负责匹配测试的破坏性测试。
(3) 元器件性能测试栈
元器件测试需要环境仓配合进行模拟环境温度进行测试。
(A) 系统测试详细规划图
主要完成对电池对外上电、下电整个过程监控，以及加入适当的故障来进行故障诊断测试。
系统测试工作过程原理流程图：
(B) 匹配测试详细规划图
主要完成对电池充电放电过程中的，电压监控、接触器温度监控、熔断器温度监控、预充电阻温度监控、铜排温度监控等各个工况点的温度采集。
(C) 元器件性能测试
主要完成对接触器、熔断器、预充电阻、电流互感器、高低压插件等性能参数的指标变化过程的测试监控。
元器件性能测试柜子结构参考图
元器件性能测试工作过程原理流程图（例如针对熔断器）：
综合上述三个部分的设计方案：
整个系统采用模块化的设计思想，每个仪器仪表以及每一个部分都是可以进行程控的，系统只要包含可用的仪器仪表的底层驱动，就可以自己随意搭建测试流程进行测试。同时每个通路能够保证测试人员的安全特性，对于监控的信号都可以用高速的数据采集卡进行波形监控。
3. 测试软件设计
3.1总则
我方采用模块化的软件包来完成整个系统的软件功能，具有良好的兼容性。系统软件方案具有足够的透明度和可开发性，以便于系统投入后，技术人员能够根据测试实际过程对测试流程进行修改和二次开发。
3.2软件平台
测试台环境具备以下条件：
a) 系统安装微软Microsoft Windows XP 或Win7操作系统；
b) Vb.net或者C#.net 以及LabVIEW语言混合开发环境，基于.net framework平台。
3.3 软件架构
软件构架如下所示，分成用户界面层、逻辑控制计算层、底层驱动等三层。
用户界面层是面向用户的软件界面，通过该层取得用户设置的测试参数、控制参数、设备自检状态。
逻辑控制计算层包括信号发生控制、模拟量采集、被测对象的供电控制等，该层完成了各板卡模块的底层函数封装，为逻辑控制计算层调用。
底层驱动包括IO驱动、输出控制信号，控制被测电路板的上电、信号输入、信号输出等。
3.4 主要界面
测试界面应配合测试台，使测试台具备自动断电拔插功能，提供测试流程编辑的设置、显示测试结果。提供系统自检和退出界面。
测试流程编辑设置界面
图4 测试流程编辑界面
自动测试界面
图5 自动测试界面
3.5 软件总述
该套软件完成主要实现对用户要求被测对象的测试，它具有良好功能扩展性和软件的可移植性，为用户以后的其它被测对象的测试提供了方便的软件环境。
4. 设备具体指标
设备具有以下技术指标
功能描述 功能需求 测试指标 测试精度 功能满足 备注
系统测试 上电检测 上电时间 1ms 满足 示波器Up爬坡时间
下电检测 下电时间 1ms 满足 示波器Down降坡时间
故障输入 CAN通讯输入故障 满足 自主研发单体电池模拟单元
匹配测试 接触器 T温度变化 ±0.3C 满足 自主研发隔离温度采集
熔断器 T温度变化 ±0.3C 满足 自主研发隔离温度采集
预充电阻 T温度变化 ±0.3C 满足 自主研发隔离温度采集
铜排 T温度变化 ±0.3C 满足 自主研发隔离温度采集
电缆 T温度变化 ±0.3C 满足 自主研发隔离温度采集
元器件性能测试 接触器 断开 闭合时间 1ms 满足
接触器带载能力 带负载电流 0.1mA 满足 安捷伦34410A万用表
接触器压降曲线 电压 1mV 满足 NI PCI6254
接触器低压供电曲线 电压 1mV 满足 NI PCI6255
接触器电阻 电阻 1mΏ 满足 安捷伦34410A万用表
熔断器电阻 电阻 1mΏ 满足 安捷伦34410A万用表
熔断器电流 电流 0.1mA 满足 安捷伦34410A万用表
熔断器温度 T温度变化 ±0.3C 满足 自主研发隔离温度采集
熔断器功率 P功率 U I间接计算 满足 安捷伦34410A万用表
预充电阻电阻 电阻 mΏ 级别 满足 安捷伦34410A万用表
预充电阻电流 电流 0.1A 满足 安捷伦34410A万用表
预充电阻温度 T温度变化 ±0.3C 满足 自主研发隔离温度采集
预充电阻功率 P功率 U I间接计算 满足 安捷伦34410A万用表
电流传感器 电流 0.1mA 满足 安捷伦34410A万用表
电流测试相应时间 时间t 10ms 满足 采用 PCI数采卡触发模式
高低压接插件电阻 电阻 0.1uΏ 满足
高低压接插件压降 电压 1mV 满足
高低压耐压测试 绝缘电阻 电压 ±1% 满足
Y 电容 Y 电容 电容 ±10% 满足 自主研发可编程电容20.0uF/1000V
X 电容 Y 电容 电容 ±10% 满足 自主研发可编程电容2000uF/1000V
电压通道 12个 个数 满足 配置32个电压监测点
温度检测点 30个 个数 满足 配置80个温度监测点
软件功能 简单方便 界面友好 一键即可测试 满足 见附件一
模拟整车控制 每个功能可以单独配置 满足 见附件二
数据查询 测试数据查询功能 满足 见附件三
数据存储 测试数据存储功能 满足 见附件四
测试判定 测试数据自动判定 满足 见附件五
数据报表 数据报表查询 满足 见附件六
故障报警 故障报警 满足 含有PLC控制的三色声光报警器(见附件七)
部分软件源代码参考 我公司现有标准测试平台软件 满足 见附件八
机械部分 控制柜3D模型图 满足 见附件九
元器件测试柜3D模型图 满足 见附件十
匹配测试柜3D模型图 满足 见附件十一
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