聊聊BMS测试的那些事儿

BMS是个功能特别复杂的电子设备。在其设计阶段，需要对原型的功能进行验证；在生产阶段，需要对产品的功能进行测试；如果设备出现故障，需要进行检修。在这些阶段都需要有对应的测试设备来支持。
BMS的功能包括3个主要方面：1）对电池组的工作状态的监测与管理——单体和电池组的电压监测、电流监测、温度监测、SOC估算，均衡控制等
2）对电池组异常状态的管理——单体和电池组的过充、过放、过流、温度超限、失衡等 3）对电池组故障的管理——传感器丢失、单体故障等
4）BMS的各项功能所涉及到包括数据采集、过程控制、数据通讯等多种技术，应用ADC、DIO、PWM、CAN、继电器等多种端口和设备，功能和算法都很复杂。
为了对这么复杂的功能进行全面测试，很多情况下还要进行性能测试和评估，目前主要的方法有2种：第一种方法：将被管理的电池组实物与BMS对接进行测试
 

这种测试方法最直接，所有的测试参数都与实际情况一致，看似比较理想，但是实际应用的时候存在比较多的问题：

1）测试时间长——电池组的充放都需要比较多的时间，要完成一次工作循环必须遵从实物的特性，等待的时间比较长，难以进行批量测试

2）需要的辅助设备多——为了模拟各种环境状态，需要大型恒温箱等辅助设施

3）调整参数困难——如果用于BMS单项功能的验证和调试，在开始试验之前要通过充电放电来调整电池组的状态

4）可控性差——单体的容量、内阻等重要参数都受到实物的限定，没有调整的空间。受制于电池组装配工艺等多方面因素影响，也无法调整任意一个单体的SOC等运行状态。另外随着循环次数增加，电池组自身的状态也会发生变化

5）存在安全隐患——电池组是个储存很大能量的装置，这种测试方式对操作人员的人身安全存在威胁

6）能源消耗大——电池组的充电和放电需要大量能源

7）系统成本高——电池组自身价格比较高，尤其是大功率的电池组；相关的维护费用也很高。

8）实际状态未知——这一点是最致命的。电池组中每个电池单体的电压、温度、均衡电流等参数的设定值是未知的，用户只能获取到测量值，无法比对。

所以这个方法只适用于验证BMS在正常工作范围内的表现，而不适合应用于BMS的开发调试和生产测试

第二种方法：基于仿真电池组的测试和验证。

1）通过高精度的程控电池模拟器来仿真电池单体的电压，并具有一定的电流输出和吸收能力，仿真放电和充电过程

2）通过高精度的程控电阻来仿真各温度传感器

3）通过高精度的程控DAC来仿真电流传感器

4）通过数字IO、DAC、CAN总线通讯模块、程控电源等辅助设备实现其它功能端口的仿真以及与BMS的通讯。

 

这种方法基于成熟的计算机技术和测试仪器硬件平台，能够通过应用软件快速调整电池组的工作状态，提高测试效率和安全性，扩展性好。虽然一次投资比较高，但是长期综合效益明显。如果对多种BMS进行测试，成本优势更加明显。非常适合BMS开发，以及大批量的生产测试。 

对BMS进行测试的关键是对电池组进行高精度的仿真。仿真的方法大致分为两类：

1）开环仿真。

直接仿真电池组的运行参数，预先设定所有数据和变化过程。这种方法主要用于快速检测BMS的基本功能。对主控计算机的性能要求不高，软件相对比较精简，整体成本较低。特别适合在BMS的研发阶段进行功能验证，以及对量产BMS进行测试

2）闭环仿真。

设定部分参数及变化过程，其它参数则依据被测BMS的反馈而进行自动调整。这种方法功能全面，可以用于对BMS的各种高级功能进行测试。通常在这种类型的测试系统中会置入某种类型的电池数学模型，输出特性则依据数学模型的实时运算结果，对计算机性能要求很高，软件开发的工作量大，成本高。但是如果模型建立的准确，仿真结果会更加符合真实电池组的特性。适合在BMS研发阶段进行复杂功能的验证。

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在开环测试中，主要的仿真参数如下：

第一类，直接仿真参数：

电池单体电压——根据BMS管理的单体数量配置仿真电池单体的数量，每个仿真单体的输出电压可以通过程序设定。电压的可调范围会大于真实电池，例如我公司用于仿真锂离子电池的设备，输出电压下限会低至0.5V甚至0V，上限可达5V，足以仿真严重的过充和过放。电压的准确度可以达到1mV

电池组总电压——虽然总电压可以由仿真单体串联所得，但是如果对具备独立的总电压测量端口的BMS进行测试，可以通过程控直流电源直接给出总电压，以避免多个单体的累积误差

电池组总电流——大部分BMS是通过外部的电流传感器获取总电流(例如霍尔传感器)，在仿真测试中可以通过DAC来仿真电流传感器的输出。这样做的好处是，第一可以通过软件支持多种不同特性的传感器，第二可以避免使用庞大、昂贵的大电流程控直流电源和电子负载

电池单体的温度——通过高精度程控电阻来仿真各个温度传感器。以应用比较多的NTC型传感器为例，我公司生产的程控电阻模块，其电阻范围10欧~1M，仿真温度范围可达-100℃~300℃，分辨率可达0.1℃，远超过实际传感器的能力，可以准确仿真各种极端工况。避免了使用恒温箱，可以分别设定各传感器的温度值，仿真温度场，同时还可以仿真传感器短路、开路等故障情况

 

其它IO端口——包括DIO、PWM、CAN总线通讯等端口

第二类，间接仿真参数：

均衡电流——均衡电流取决于仿真电池单体的输出能力，实际数值由BMS决定。一般用于被动均衡测试的仿真单体最大可以输出约300mA的电流。

电池内阻——电池内阻可以通过总电流和单体电压的变化过程来体现

SOC——SOC可以通过单体电压、内阻等进行设定，但是很多情况下开环测试中要仿真SOC，需要针对被测BMS的SOC算法来进行针对性设计

 

         

  出于性价比的考虑，为了检测BMS的全功能，一般需要采取多通道、互相隔离的电池仿真器，可以覆盖新能源电池的单体分布电压及多节串联电压，而我公司生产的UI100系列核心模块正是为了解决这一测试方案而研发的，结构简洁，功能全面，完美覆盖BMS功能测试所需的各项技术指标。

 

我公司生产的用于BMS测试的核心模块技术参数如下表所示：

电池模拟器
单体电压	0~5V
电压输出精度	优于±1mV
步进精度	<0.5mV
隔离电压	±1500V
安全保护	短路保护，极性反转保护，过热保护，多通道互锁结构
温度传感器模拟器
可模拟传感器类型	NTC，PTC，PT100，PT1000等各种电阻输出的温度传感器，如需模拟数字输出传感器请联系我公司
通道数	不限
阻值范围	10Ω~1MΩ
输出阻值精度	0.5%
步进精度	1  Ω