電池管理系統(tǒng)（BMS）在管理和保護各領(lǐng)域電池組健康、安全及性能方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。從儲能系統(tǒng)到消費電子、工業(yè)機械及可再生能源領(lǐng)域，任何依賴可充電電池的系統(tǒng)都離不開可靠的BMS。

在這些應(yīng)用場景中，BMS會持續(xù)監(jiān)控并均衡電池組內(nèi)的各個電池單元，確保高效且安全地滿足電力需求，防范潛在危險，并最大限度地延長電池使用壽命。

為確保這些關(guān)鍵組件的可靠性和功能性，必須進行嚴格的測試，以驗證BMS集成電路在真實環(huán)境下是否按預(yù)期運行。驗證BMS對于產(chǎn)品安全至關(guān)重要。

BMSIC是什么？

BMS IC是電池管理系統(tǒng)的電子“大腦”。它負責(zé)收集和處理電池組內(nèi)各種傳感器傳來的數(shù)據(jù)，如電壓、溫度和電流傳感器的數(shù)據(jù)。然后，這些數(shù)據(jù)會被用于計算每個單體電池的荷電狀態(tài)（SOC）、平衡電池間的電量，以及監(jiān)測電池組的整體健康狀況。有些人也會將該組件稱為電池管理集成電路。

它通常結(jié)合模擬電路和數(shù)字電路來執(zhí)行這些任務(wù)。模擬電路用于測量和處理原始傳感器數(shù)據(jù)，而數(shù)字電路則用于進行計算、做出決策，并與車輛中的其他系統(tǒng)進行通信。所有功能可以集成到單個電池管理集成電路中。因此，電池管理IC是BMS的核心。

BMS設(shè)備與BMS的重要性

BMS設(shè)備作為BMS的一部分，承擔(dān)著多項重要任務(wù)，包括：

單體電池監(jiān)測：追蹤電池組內(nèi)每個電池的荷電狀態(tài)、電壓和溫度。這些信息對于防止過充或過放至關(guān)重要，因為過充或過放會導(dǎo)致電池容量下降并引發(fā)安全隱患。這是電池管理系統(tǒng)的核心功能。

均衡：確保所有電池均勻充放電，以防止過早失效。通過均衡電池，BMS設(shè)備有助于延長電池組的整體使用壽命并提高其性能。有效的電池均衡是優(yōu)質(zhì)電池管理系統(tǒng)（BMS）的關(guān)鍵特性。

安全保護：檢測和緩解潛在危險，如過充、過放和熱失控。BMS設(shè)備集成了各種安全功能，如溫度傳感器和電流監(jiān)測，以識別和防止這些狀況的發(fā)生。BMS集成電路（IC）對這些安全功能至關(guān)重要。

通信：向車輛的其他系統(tǒng)或外部設(shè)備提供電池狀態(tài)信息。BMS設(shè)備，特別是電池BMS，與車輛的其他組件（如電機控制單元和駕駛員界面）進行通信，以提供關(guān)于電池的荷電狀態(tài)、健康狀況和安全狀態(tài)的實時信息。電池管理系統(tǒng)（BMS）對于電動汽車（EV）和許多其他應(yīng)用都至關(guān)重要。

BMS IC測試面臨哪些挑戰(zhàn)？

測試BMS設(shè)備，尤其是核心的BMS IC，面臨著諸多獨特挑戰(zhàn)，這需要使用專門的半導(dǎo)體混合信號測試儀，該測試儀能夠處理模擬和數(shù)字信號，并執(zhí)行精確的測量和分析，以確保BMS能夠有效監(jiān)測電池的健康狀態(tài)。這些測試儀必須具備特定的功能和儀器，以應(yīng)對以下挑戰(zhàn)：

01電池單體輸入的模擬。準確模擬電池單體輸入對于評估BMS IC在不同條件下的響應(yīng)至關(guān)重要，且無需使用真實電池。電池單體仿真需要為每個模擬單體提供穩(wěn)定的輸入電壓，而隨著單個BMS IC如今能夠管理的單體數(shù)量不斷增加（最新已達32個），這一需求變得更加迫切。此外，該輸入電壓還必須與模擬單體的荷電狀態(tài)相匹配。半導(dǎo)體混合信號測試儀必須配備高度可靠的電壓發(fā)生器，能夠在每個單體監(jiān)測輸入上施加并測量高達200V的電壓，且精度小于50μV。這些電壓發(fā)生器必須滿足以下特定特性：

低噪聲：減少可能影響仿真準確性的干擾。

高精度：確保電壓生成能夠緊密模擬真實世界的電池條件。

長時間穩(wěn)定性：保持一致的電壓水平，這對于長時間測試至關(guān)重要。

懸空輸出：防止地環(huán)路干擾，保持信號完整性。

快速電流鉗制：在發(fā)生短路時提供保護，保障測試系統(tǒng)和被測設(shè)備（DUT）的安全。

02數(shù)字和模擬輸出的測量。測試的第二步是捕獲并測量BMS IC的輸出數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)必須與規(guī)格相符，以確認其性能正常，確保設(shè)備在響應(yīng)不同輸入時能產(chǎn)生正確的數(shù)字和模擬輸出。電池管理系統(tǒng)IC會生成各種數(shù)字和模擬信號，以與其他系統(tǒng)進行通信并提供電池狀態(tài)信息。驗證這些信號的準確性和時序涉及兩大挑戰(zhàn)：

精確的漏電流測量：準確測量BMS IC產(chǎn)生的漏電流對于驗證其效率并防止電池不必要的放電至關(guān)重要。漏電流會降低電池組的整體容量，影響電池壽命，并導(dǎo)致電池過早失效。半導(dǎo)體混合信號測試儀必須具備高分辨率測量能力，以準確測量即使是很小的漏電流。

高速數(shù)據(jù)采集：電池管理系統(tǒng)會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)必須實時捕獲和分析。半導(dǎo)體混合信號測試儀必須具備高速數(shù)據(jù)采集能力，以跟上BMS設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)速率。

03電池均衡MOSFET的導(dǎo)通電阻（RDS-on）測量：電池均衡是BMS IC內(nèi)的一項關(guān)鍵功能，也是整個BMS芯片的重要組成部分。該功能通過MOSFET開關(guān)實現(xiàn)，這些開關(guān)能夠選擇性地對荷電狀態(tài)較高的電池進行放電。準確評估MOSFET的導(dǎo)通電阻（RDS-on）至關(guān)重要。RDS-on值升高意味著在電池均衡過程中功耗增加，這會影響效率并可能引發(fā)熱問題。測試儀必須具備精確的電流和電壓測量能力，以確定每個電池均衡MOSFET的RDS-on，確保BMS IC在指定參數(shù)范圍內(nèi)運行，并有助于保持電池組的最佳狀態(tài)。

SPEA針對BMS IC測試方案

SPEA已開發(fā)出專門用于滿足BMS IC測試需求的設(shè)備。DOT800混合信號測試儀能夠高度準確地模擬電池行為，從而全面測試BMS的所有功能。DOT800儀器的關(guān)鍵特性包括：

01高精度電壓生成：能夠低噪聲且長期穩(wěn)定地準確模擬電池單體電壓。SPEA的儀器能夠生成高度精確的電壓波形，以模擬不同類型電池單體在各種工作條件下的行為。

02懸空能力：能夠在高壓水平下（5-100μV精度）進行高精度測試，而不會損失分辨率。

03快速電流鉗制：提供對短路和其他潛在危險的防護。在發(fā)生短路或其他故障情況時，SPEA的儀器能夠迅速鉗制電流，以防止對BMS IC或電池組造成損壞。

04精確的漏電流測量：準確測量漏電流以驗證BMS IC的性能。SPEA的儀器配備高分辨率測量能力，能夠準確測量即使是很小的漏電流。

05數(shù)字和模擬輸出驗證：全面測試數(shù)字和模擬輸出，以確保符合規(guī)格。SPEA的儀器能夠驗證BMS IC產(chǎn)生的數(shù)字和模擬信號的準確性和時序。

06軟件模擬：先進的軟件工具用于模擬電池行為和優(yōu)化測試條件。SPEA的軟件工具允許用戶創(chuàng)建真實的電池模型并模擬各種工作場景，以確保BMS IC在所有條件下都能正常工作。

通過測試設(shè)備自校準確保長期的準確性

BMS IC測試過程中，在整個生產(chǎn)生命周期內(nèi)保持最高水平的準確性至關(guān)重要。SPEA的測試儀通過一種獨特的方法實現(xiàn)了卓越的精度，該方法將自校準與集成外部高精度萬用表相結(jié)合，且該萬用表可直接訪問被測設(shè)備（DUT）的引腳。

首次運行測試應(yīng)用程序時，測試儀會啟動一個全面的校準序列。首先，它會施加執(zhí)行測試計劃所需的所有電壓。隨后，它會使用集成的外部萬用表測量每個通道的電壓輸出，并將這些高精度的參考值存儲在測試程序中。

在實際測量產(chǎn)品（DUT）時，測試儀會獲取DUT的電壓，并將其與之前存儲的參考值進行比較，從而有效計算出每個單體電池的總測量誤差（TME）。得益于SPEA測試儀架構(gòu)的固有穩(wěn)定性，此校準過程只需在每個生產(chǎn)批次開始時執(zhí)行一次，從而最大限度地減少停機時間并提高吞吐量。

這種方法甚至能夠?qū)崿F(xiàn)超越測試儀數(shù)據(jù)手冊中所述規(guī)格的精度。此外，測試儀器的架構(gòu)使得萬用表與DUT引腳之間能夠保持持續(xù)、直接的連接，而無需在應(yīng)用負載板上集成任其他復(fù)雜且昂貴的硬件。

這種方法確保了SPEA的測試儀在整個生產(chǎn)過程中都能提供一致、可靠且高度準確的測量結(jié)果，從而有助于提高BMS IC的整體質(zhì)量和可靠性。

測試配置：懸空設(shè)置的優(yōu)勢

電池管理系統(tǒng)（BMS）集成電路測試有三種主要的測試配置：電阻梯、單端和懸空。每種配置都有其獨特的特點，但懸空架構(gòu)因其精度和穩(wěn)定性而脫穎而出。

01電阻梯：雖然成本較低，但這種方法易受漏電流和溫度引起的電阻變化影響，導(dǎo)致測量不準確，影響測量可靠性。

02單端：盡管簡化了負載板設(shè)計，但單端配置在較高電壓水平下可能會出現(xiàn)精度下降的問題，限制了其在要求苛刻的應(yīng)用中的有效性。

03懸空架構(gòu)：這種方法將測量電路隔離，能夠在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度的電壓生成。通過有效地將測量與地相關(guān)噪聲和干擾解耦，懸空架構(gòu)提供了卓越的穩(wěn)定性和精度。這對于BMS IC尤為重要，因為即使是微小的電壓變化也可能對電池平衡和安全產(chǎn)生顯著影響。

懸空配置可能更為復(fù)雜且資源密集，但SPEA的測試儀利用多核設(shè)計、分布式智能和高密度懸空儀器，實現(xiàn)了更具競爭力的測試成本。這種獨特的組合使得懸空架構(gòu)的優(yōu)勢得以發(fā)揮，同時不犧牲效率或增加生產(chǎn)成本，使其成為滿足苛刻BMS IC測試要求的理想解決方案。

結(jié)論

測試BMS IC，對于確保電池在多種應(yīng)用中的安全、高效和可靠運行非常重要。通過精確模擬電池輸入并驗證BMS輸出，高效的測試有助于發(fā)現(xiàn)可能危及安全、效率或壽命的各種問題。

SPEA的解決方案為制造商提供了滿足BMS測試需求所需的精密工具，提供了消費電子、工業(yè)應(yīng)用、儲能等領(lǐng)域BMS技術(shù)所需的準確性和可靠性。

通過嚴格的測試，BMS設(shè)備及其核心BMS IC可以達到更高質(zhì)量標準，從而確保電池供電系統(tǒng)在廣泛的現(xiàn)代應(yīng)用中穩(wěn)定運行。