湖南省長(zhǎng)沙市車(chē)站北路湘域智慧南塔6樓
安徽省合肥市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)科學(xué)大道110號(hào)新材料園F9A號(hào)樓511室
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艾克賽普基于NI的電池測(cè)試系統(tǒng)解決方案
2023-12-20
一、電池測(cè)試系統(tǒng)概述
艾克賽普基于NI的電池測(cè)試系統(tǒng)(BTS)旨在滿(mǎn)足測(cè)試團(tuán)隊(duì)的需求，以應(yīng)對(duì)快速變化的測(cè)試要求、緊迫的時(shí)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(yàn)證測(cè)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(cè)試成本、更快地交付更好的電池。
BTS優(yōu)勢(shì)-高性能，高穩(wěn)定性
1. 單機(jī)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(cè)量精度，<1ms充放電10%-90%響應(yīng)時(shí)間
3. 充放電機(jī)水冷設(shè)計(jì)，>10年（8萬(wàn)小時(shí)MTBF）穩(wěn)定可靠行，充放電機(jī)房間可無(wú)空調(diào)設(shè)計(jì)，無(wú)風(fēng)口進(jìn)塵和更好的EMC，大大節(jié)省電耗和后續(xù)維護(hù)成本
4. LinuxRT 8核性能強(qiáng)勁的中位機(jī)1ms精碓采樣時(shí)間，工步（Step Time）Real-Time實(shí)時(shí)執(zhí)行， 與溫箱水冷機(jī)等安全聯(lián)合控制
BTS優(yōu)勢(shì)-靈活、開(kāi)放軟件及硬件平臺(tái)
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(jìn)制等多種數(shù)據(jù)高級(jí)檢索、自定義分析、Python/VB等自動(dòng)生成報(bào)表，為用戶(hù) 在單個(gè)項(xiàng)目可省1000小時(shí)+手動(dòng)尋找和處理數(shù)據(jù)的痛點(diǎn)
3.支持加入整車(chē)動(dòng)力學(xué)+路面場(chǎng)景仿真手段，結(jié)合NI HIL臺(tái)架，進(jìn)行電池包冬夏標(biāo)實(shí)車(chē)工況調(diào)試和 復(fù)現(xiàn)，同時(shí)可對(duì)SOC和車(chē)輛模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，以及模擬實(shí)車(chē)紋波EMC測(cè)試
4. 易升級(jí)擴(kuò)展，現(xiàn)成可用的CAN FD及車(chē)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(shì)-歐美普遍使用的電池測(cè)試系統(tǒng)
1. 美國(guó)和歐洲Top5 OEMs總部署上千通道量級(jí)
2. 符合歐洲美國(guó)的最全面的安全等級(jí)認(rèn)證
3. 全球統(tǒng)一的咨詢(xún)和服務(wù)支持網(wǎng)絡(luò)
圖01. NI電池測(cè)試系統(tǒng)
二、電池測(cè)試挑戰(zhàn)
電池包是電動(dòng)汽車(chē)(EV)中成本最昂貴的組件，對(duì)設(shè)計(jì)和性能（尺寸、重量、加速度、續(xù)航里程、充電時(shí)間 和車(chē)輛壽命）的影響最大。由于可能發(fā)生的災(zāi)難性現(xiàn)場(chǎng)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(xiǎn)。正確的設(shè)計(jì)對(duì)于避免這些問(wèn)題并確保項(xiàng)目成功至關(guān)重要。電動(dòng)汽車(chē)電池團(tuán)隊(duì)必須最 大限度地降低成本、提高性能，同時(shí)快速完成任務(wù)，而且還要確保在整個(gè)汽車(chē)壽命周期內(nèi)及之后的任何時(shí) 間，電池包都能安全地運(yùn)行，即使發(fā)生故障也要確保安全性。電動(dòng)汽車(chē)電池團(tuán)隊(duì)必須基于以下要求驗(yàn)證其 設(shè)計(jì)：
安全
在所有特定的運(yùn)行條件下，電池必須足夠安全。如果發(fā)生故障，無(wú)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(mǎn)足性能設(shè)計(jì)目標(biāo)，如充電時(shí)間、峰值能量傳輸率和整個(gè)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(chē)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）。
圖02. 電動(dòng)汽車(chē)電池特性所帶來(lái)的測(cè)試挑戰(zhàn)
鑒于電動(dòng)汽車(chē)的電池特性（圖2），大量重復(fù)的測(cè)試單元會(huì)運(yùn)行難以加速的長(zhǎng)期測(cè)試，這給管理系統(tǒng)、測(cè)試實(shí)驗(yàn)室及其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。測(cè)試需求也在不斷變化，這意味著依賴(lài)供應(yīng)商提供的封閉式測(cè)試系統(tǒng)可能會(huì)影響上市時(shí)間和成本，因此擁有更多的測(cè)試系統(tǒng)所有權(quán)，并避免不必要的依賴(lài)，有利于測(cè)試團(tuán)隊(duì)更好地控制其測(cè)試策略。
雖然SAE、ISO、IEC和UL提供了基本的測(cè)試要求，但測(cè)試團(tuán)隊(duì)不能滿(mǎn)足于此且必須對(duì)這些要求進(jìn)行擴(kuò)充，以確保設(shè)計(jì)得到適當(dāng)?shù)尿?yàn)證，符合汽車(chē)制造商、政府和其他各方的期望，這就使得擁有和控制測(cè)試系統(tǒng)和整體策略更加重要。
測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
電動(dòng)汽車(chē)電池的測(cè)試面臨諸多挑戰(zhàn)，因此在為該復(fù)雜、昂貴且危險(xiǎn)的電動(dòng)汽車(chē)組件設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，需考慮許多因素。NI的BTS旨在通過(guò)提供專(zhuān)注于開(kāi)放性、靈活性及優(yōu)化設(shè)計(jì)和測(cè)試團(tuán)隊(duì)協(xié)作方式的軟件，幫助團(tuán)隊(duì)迎接挑戰(zhàn)。
圖03. BTS設(shè)計(jì)以電池測(cè)試需求和特性為核心
圖04. BTS軟件旨在優(yōu)化電動(dòng)汽車(chē)電池測(cè)試工作流程
三、電池測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
在設(shè)計(jì)BTS時(shí)，NI充分利用了其在測(cè)試、測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)調(diào)理和模塊化硬件方面數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)。NI 基于平臺(tái)的開(kāi)放式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與封閉式解決方案形成鮮明對(duì)比，后者會(huì)產(chǎn)生供應(yīng)商依賴(lài)性，并在完全 定制系統(tǒng)時(shí)大大增加成本和時(shí)間。在NI平臺(tái)上，可以靈活調(diào)整BTS硬件和軟件，以滿(mǎn)足在系統(tǒng)占用空間、預(yù)算、可擴(kuò)展性、通道數(shù)和開(kāi)發(fā)經(jīng) 驗(yàn)等方面的任何規(guī)范和要求
圖05. NI的方法為電池測(cè)試提供了速度和靈活性
借助靈活的開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行快速擴(kuò)展
1. 別名和通道映射：簡(jiǎn)化測(cè)試設(shè)置和定制；根據(jù)需要輕松切換設(shè)備，而不會(huì)意外中斷任何其他功能。
2. 模塊化可擴(kuò)展I/O：添加測(cè)量通道，以最小的每通道成本增量進(jìn)行擴(kuò)展，并快速添加混合測(cè)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(cè)試系統(tǒng)，如NH Research、 Heinzinger Automotive、Elektro-Automatik等，而無(wú)需修改測(cè)試系統(tǒng)的其余部分
4. 室內(nèi)測(cè)量：使用堅(jiān)固耐用的、同步的、具有IP防護(hù)等級(jí)的測(cè)量模塊和熱室控制，進(jìn)行溫度和濕度曲線(xiàn)測(cè)試以及其他DUT測(cè)量，如應(yīng)變、電壓、電流或振動(dòng)。
5. 系統(tǒng)仿真：將軟件開(kāi)發(fā)與硬件可用性分離，在沒(méi)有設(shè)備的情況下驗(yàn)證測(cè)試腳本，從而加快開(kāi)發(fā)速度并降 低系統(tǒng)部署風(fēng)險(xiǎn)。
管理電池測(cè)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(lái)最大限度地提高利用率和正常運(yùn)行時(shí)間、管理測(cè)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(huì)丟失，使用可配置的選項(xiàng)在最長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間內(nèi)捕獲、報(bào)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(jìn)行測(cè)試。
3. 大規(guī)模系統(tǒng)配置器：使用BTS軟件進(jìn)行大規(guī)模系統(tǒng)配置、連續(xù)遠(yuǎn)程監(jiān)控和測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)管理，提高運(yùn)行效 率，減少系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間。
4. 室內(nèi)測(cè)量：使用堅(jiān)固耐用的、同步的、具有IP防護(hù)等級(jí)的測(cè)量模塊和熱室控制，進(jìn)行溫度和濕度曲線(xiàn)測(cè)試以及其他DUT測(cè)量，如應(yīng)變、電壓、電流或振動(dòng)。
5. 系統(tǒng)仿真：將軟件開(kāi)發(fā)與硬件可用性分離，在沒(méi)有設(shè)備的情況下驗(yàn)證測(cè)試腳本，從而加快開(kāi)發(fā)速度并降 低系統(tǒng)部署風(fēng)險(xiǎn)。
圖06. BTS的開(kāi)放式架構(gòu)可有效地從單個(gè)測(cè)試單元擴(kuò)展到大規(guī)模電池測(cè)試部署
四、NI電池測(cè)試軟件
NI電池測(cè)試軟件旨在解決電池測(cè)試工作流程不同級(jí)別的挑戰(zhàn)。從測(cè)試單元和DUT定義到設(shè)施管理，NI電池 測(cè)試軟件將設(shè)計(jì)和測(cè)試工程任務(wù)連接起來(lái)，以請(qǐng)求、定義、編寫(xiě)、運(yùn)行、監(jiān)測(cè)和報(bào)告所需的任何測(cè)試，而 無(wú)需進(jìn)行重大的軟件重新配置。具有以下特點(diǎn)：
1. 專(zhuān)注于測(cè)試，而不是底層開(kāi)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(lái)最大限度地提高利用率和正常運(yùn)行時(shí)間、管理測(cè)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(guò)統(tǒng)一的軟件工具鏈減少開(kāi)發(fā)和維護(hù)時(shí)間，用于請(qǐng)求、實(shí)施、執(zhí)行和監(jiān)控測(cè)試，并通過(guò)針對(duì)不同角色和 用戶(hù)可自定義 用戶(hù)界面和報(bào)告測(cè)試結(jié)果。
3. 擴(kuò)展功能和自動(dòng)化數(shù)據(jù)分析和報(bào)表
使用NI電池測(cè)試軟件無(wú)縫連接新設(shè)備或現(xiàn)有設(shè)備并擴(kuò)展到大型測(cè)試設(shè)備組，易于擴(kuò)展功能，統(tǒng)一管理設(shè)備、 測(cè)試工步和大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，從而降低測(cè)試的總成本。
五、電池充放電設(shè)備參數(shù)概覽
六、電池測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量機(jī)架和I/O
BTS測(cè)量機(jī)架將模塊化和可擴(kuò)展性作為重點(diǎn)，以連接企業(yè)內(nèi)各種不同的設(shè)備并運(yùn)行長(zhǎng)期自動(dòng)化測(cè)試。
測(cè)量機(jī)架配置選項(xiàng)
通過(guò)更改測(cè)量組合和通道數(shù)來(lái)擴(kuò)展測(cè)試系統(tǒng)，以滿(mǎn)足不斷變化的測(cè)試需求。常見(jiàn)的系統(tǒng)配置包括：
電壓輸入（范圍與密度）
溫度測(cè)量（隔離、密度與遠(yuǎn)程IO）
HVIL信號(hào)類(lèi)型（數(shù)字輸入、PWM輸入、電流輸入）
DIO（范圍與密度）
電池充放電測(cè)試系統(tǒng)集成
通過(guò)儀器抽象層，BTS可直接與NI電池充放電測(cè)試系統(tǒng)集成，也可以與第三方（如EA Elektro-Automatik） 充放電測(cè)試系統(tǒng)集成，從而簡(jiǎn)化設(shè)備切換，無(wú)論供應(yīng)商和型號(hào)如何，都無(wú)需修改測(cè)試系統(tǒng)的其余部分。無(wú) 需花費(fèi)時(shí)間重新編程或重新映射測(cè)試軟件，即可快速集成、切換和重新配置充放電系統(tǒng)，這對(duì)于按時(shí)完成 任務(wù)至關(guān)重要。如果測(cè)試設(shè)備正在處理具有不同電池電壓等級(jí)和設(shè)計(jì)目標(biāo)的多個(gè)程序的并發(fā)測(cè)試，這點(diǎn)尤 其有益。除了直接集成到BTS軟件外，還可以通過(guò)CAN、Modbus、串行和以太網(wǎng)進(jìn)行集成。
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(cè)試系統(tǒng)還可以通過(guò)儀器附加軟件輕松支持各種品牌和型號(hào)的設(shè)備，從而易于切換儀器并快速重新配 置測(cè)試臺(tái)，以滿(mǎn)足新設(shè)備的不同測(cè)試和要求。儀器附加軟件提供了標(biāo)準(zhǔn)化方式，可通過(guò)NI驅(qū)動(dòng)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(cè)試臺(tái)配置中使用該設(shè)備。這樣您就可以編寫(xiě)和維護(hù)自己的儀器插件 庫(kù)，以支持您特有的設(shè)備組合。
系統(tǒng)仿真
借助電池測(cè)試系統(tǒng)，您可以使用模型來(lái)仿真和測(cè)試設(shè)備，從而在沒(méi)有硬件的情況下編寫(xiě)和驗(yàn)證測(cè)試序列和 軟件。這將開(kāi)發(fā)與硬件可用性分離，通過(guò)切換BTS軟件中的項(xiàng)目，可以在基于模型的仿真設(shè)備和真實(shí)設(shè)備之 間輕松切換。
圖09. 利用系統(tǒng)仿真，通過(guò)將開(kāi)發(fā)與硬件可用性分離和降低部署風(fēng)險(xiǎn)來(lái)加速測(cè)試。
大規(guī)模測(cè)試系統(tǒng)部署
為滿(mǎn)足對(duì)更多電池進(jìn)行有效擴(kuò)展和測(cè)試的需求，NI提供以下功能，以提高大規(guī)模測(cè)試部署的效率：
1. 用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和警報(bào)的監(jiān)控UI
通過(guò)統(tǒng)一的軟件體驗(yàn)管理多個(gè)分布式測(cè)試臺(tái)。
持續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)和測(cè)試狀態(tài)、運(yùn)行狀況、利用率、數(shù)據(jù)趨勢(shì)和其他變量。
2. 測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)
自動(dòng)整理多個(gè)來(lái)源的數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行查詢(xún)和分析
跨測(cè)試系統(tǒng)和設(shè)施快速訪(fǎng)問(wèn)和搜索測(cè)量數(shù)據(jù)
智能分析測(cè)試結(jié)果及相關(guān)文件，并自動(dòng)生成報(bào)告
3. 系統(tǒng)管理
使用正確的測(cè)試軟件包高效復(fù)制和部署測(cè)試系統(tǒng)
集中管理分布式軟件并控制訪(fǎng)問(wèn)
執(zhí)行遠(yuǎn)程設(shè)備配置和診斷
通過(guò)警報(bào)管理、通知和校準(zhǔn)報(bào)告管理系統(tǒng)性能運(yùn)行狀況
七、系統(tǒng)維護(hù)和保養(yǎng)
NI系統(tǒng)不僅可以幫助您解決極具挑戰(zhàn)性的工程問(wèn)題，同時(shí)也提供了出色的服務(wù)和支持。每次部署B(yǎng)TS后， NI和我們的合作伙伴都會(huì)與您協(xié)同確定最符合您應(yīng)用需求的服務(wù)級(jí)別，確保您取得長(zhǎng)期成功。
BTS專(zhuān)家將為您公司內(nèi)部的維護(hù)運(yùn)營(yíng)保駕護(hù)航，免除您的后顧之憂(yōu)。每個(gè)BTS都包含為期三年的基本服務(wù)計(jì)劃，并可選擇減少或增加計(jì)劃持續(xù)時(shí)間。
表02. 系統(tǒng)維護(hù)和保養(yǎng)選項(xiàng)
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