電池管理系統(tǒng)（BMS）在管理和保護(hù)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(chǔ)能系統(tǒng)到消費(fèi)電子、工業(yè)機(jī)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(kāi)可靠的BMS。

在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，BMS會(huì)持續(xù)監(jiān)控并均衡電池組內(nèi)的各個(gè)電池單元，確保高效且安全地滿足電力需求，防范潛在危險(xiǎn)，并最大限度地延長(zhǎng)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(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試，以驗(yàn)證BMS集成電路在真實(shí)環(huán)境下是否按預(yù)期運(yùn)行。驗(yàn)證BMS對(duì)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(fù)責(zé)收集和處理電池組內(nèi)各種傳感器傳來(lái)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(huì)被用于計(jì)算每個(gè)單體電池的荷電狀態(tài)（SOC）、平衡電池間的電量，以及監(jiān)測(cè)電池組的整體健康狀況。有些人也會(huì)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(lái)執(zhí)行這些任務(wù)。模擬電路用于測(cè)量和處理原始傳感器數(shù)據(jù)，而數(shù)字電路則用于進(jìn)行計(jì)算、做出決策，并與車輛中的其他系統(tǒng)進(jìn)行通信。所有功能可以集成到單個(gè)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(xiàng)重要任務(wù)，包括：

單體電池監(jiān)測(cè)：追蹤電池組內(nèi)每個(gè)電池的荷電狀態(tài)、電壓和溫度。這些信息對(duì)于防止過(guò)充或過(guò)放至關(guān)重要，因?yàn)檫^(guò)充或過(guò)放會(huì)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(guò)早失效。通過(guò)均衡電池，BMS設(shè)備有助于延長(zhǎng)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(hù)：檢測(cè)和緩解潛在危險(xiǎn)，如過(guò)充、過(guò)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(cè)，以識(shí)別和防止這些狀況的發(fā)生。BMS集成電路（IC）對(duì)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(jī)控制單元和駕駛員界面）進(jìn)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(shí)時(shí)信息。電池管理系統(tǒng)（BMS）對(duì)于電動(dòng)汽車（EV）和許多其他應(yīng)用都至關(guān)重要。

BMS IC測(cè)試面臨哪些挑戰(zhàn)？

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

01電池單體輸入的模擬。準(zhǔn)確模擬電池單體輸入對(duì)于評(píng)估BMS IC在不同條件下的響應(yīng)至關(guān)重要，且無(wú)需使用真實(shí)電池。電池單體仿真需要為每個(gè)模擬單體提供穩(wěn)定的輸入電壓，而隨著單個(gè)BMS IC如今能夠管理的單體數(shù)量不斷增加（最新已達(dá)32個(gè)），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(hào)測(cè)試儀必須配備高度可靠的電壓發(fā)生器，能夠在每個(gè)單體監(jiān)測(cè)輸入上施加并測(cè)量高達(dá)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(zhǔn)確性的干擾。

高精度：確保電壓生成能夠緊密模擬真實(shí)世界的電池條件。

長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性：保持一致的電壓水平，這對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試至關(guān)重要。

懸空輸出：防止地環(huán)路干擾，保持信號(hào)完整性。

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

02數(shù)字和模擬輸出的測(cè)量。測(cè)試的第二步是捕獲并測(cè)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(rèn)其性能正常，確保設(shè)備在響應(yīng)不同輸入時(shí)能產(chǎn)生正確的數(shù)字和模擬輸出。電池管理系統(tǒng)IC會(huì)生成各種數(shù)字和模擬信號(hào)，以與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信并提供電池狀態(tài)信息。驗(yàn)證這些信號(hào)的準(zhǔn)確性和時(shí)序涉及兩大挑戰(zhàn)：

精確的漏電流測(cè)量：準(zhǔn)確測(cè)量BMS IC產(chǎn)生的漏電流對(duì)于驗(yàn)證其效率并防止電池不必要的放電至關(guān)重要。漏電流會(huì)降低電池組的整體容量，影響電池壽命，并導(dǎo)致電池過(guò)早失效。半導(dǎo)體混合信號(hào)測(cè)試儀必須具備高分辨率測(cè)量能力，以準(zhǔn)確測(cè)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(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)必須實(shí)時(shí)捕獲和分析。半導(dǎo)體混合信號(hào)測(cè)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(cè)量：電池均衡是BMS IC內(nèi)的一項(xiàng)關(guān)鍵功能，也是整個(gè)BMS芯片的重要組成部分。該功能通過(guò)MOSFET開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，這些開(kāi)關(guān)能夠選擇性地對(duì)荷電狀態(tài)較高的電池進(jìn)行放電。準(zhǔn)確評(píng)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(guò)程中功耗增加，這會(huì)影響效率并可能引發(fā)熱問(wèn)題。測(cè)試儀必須具備精確的電流和電壓測(cè)量能力，以確定每個(gè)電池均衡MOSFET的RDS-on，確保BMS IC在指定參數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行，并有助于保持電池組的最佳狀態(tài)。

SPEA針對(duì)BMS IC測(cè)試方案

SPEA已開(kāi)發(fā)出專門(mén)用于滿足BMS IC測(cè)試需求的設(shè)備。DOT800混合信號(hào)測(cè)試儀能夠高度準(zhǔn)確地模擬電池行為，從而全面測(cè)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(zhǎng)期穩(wěn)定地準(zhǔn)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(jìn)行高精度測(cè)試，而不會(huì)損失分辨率。

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

04精確的漏電流測(cè)量：準(zhǔn)確測(cè)量漏電流以驗(yàn)證BMS IC的性能。SPEA的儀器配備高分辨率測(cè)量能力，能夠準(zhǔn)確測(cè)量即使是很小的漏電流。

05數(shù)字和模擬輸出驗(yàn)證：全面測(cè)試數(shù)字和模擬輸出，以確保符合規(guī)格。SPEA的儀器能夠驗(yàn)證BMS IC產(chǎn)生的數(shù)字和模擬信號(hào)的準(zhǔn)確性和時(shí)序。

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

通過(guò)測(cè)試設(shè)備自校準(zhǔn)確保長(zhǎng)期的準(zhǔn)確性

BMS IC測(cè)試過(guò)程中，在整個(gè)生產(chǎn)生命周期內(nèi)保持最高水平的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。SPEA的測(cè)試儀通過(guò)一種獨(dú)特的方法實(shí)現(xiàn)了卓越的精度，該方法將自校準(zhǔn)與集成外部高精度萬(wàn)用表相結(jié)合，且該萬(wàn)用表可直接訪問(wèn)被測(cè)設(shè)備（DUT）的引腳。

首次運(yùn)行測(cè)試應(yīng)用程序時(shí)，測(cè)試儀會(huì)啟動(dòng)一個(gè)全面的校準(zhǔn)序列。首先，它會(huì)施加執(zhí)行測(cè)試計(jì)劃所需的所有電壓。隨后，它會(huì)使用集成的外部萬(wàn)用表測(cè)量每個(gè)通道的電壓輸出，并將這些高精度的參考值存儲(chǔ)在測(cè)試程序中。

在實(shí)際測(cè)量產(chǎn)品（DUT）時(shí)，測(cè)試儀會(huì)獲取DUT的電壓，并將其與之前存儲(chǔ)的參考值進(jìn)行比較，從而有效計(jì)算出每個(gè)單體電池的總測(cè)量誤差（TME）。得益于SPEA測(cè)試儀架構(gòu)的固有穩(wěn)定性，此校準(zhǔn)過(guò)程只需在每個(gè)生產(chǎn)批次開(kāi)始時(shí)執(zhí)行一次，從而最大限度地減少停機(jī)時(shí)間并提高吞吐量。

這種方法甚至能夠?qū)崿F(xiàn)超越測(cè)試儀數(shù)據(jù)手冊(cè)中所述規(guī)格的精度。此外，測(cè)試儀器的架構(gòu)使得萬(wàn)用表與DUT引腳之間能夠保持持續(xù)、直接的連接，而無(wú)需在應(yīng)用負(fù)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(cè)試儀在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中都能提供一致、可靠且高度準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，從而有助于提高BMS IC的整體質(zhì)量和可靠性。

測(cè)試配置：懸空設(shè)置的優(yōu)勢(shì)

電池管理系統(tǒng)（BMS）集成電路測(cè)試有三種主要的測(cè)試配置：電阻梯、單端和懸空。每種配置都有其獨(dú)特的特點(diǎn)，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(cè)量不準(zhǔn)確，影響測(cè)量可靠性。

02單端：盡管簡(jiǎn)化了負(fù)載板設(shè)計(jì)，但單端配置在較高電壓水平下可能會(huì)出現(xiàn)精度下降的問(wèn)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(cè)量電路隔離，能夠在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的電壓生成。通過(guò)有效地將測(cè)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(duì)于BMS IC尤為重要，因?yàn)榧词故俏⑿〉碾妷鹤兓部赡軐?duì)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(cè)試儀利用多核設(shè)計(jì)、分布式智能和高密度懸空儀器，實(shí)現(xiàn)了更具競(jìng)爭(zhēng)力的測(cè)試成本。這種獨(dú)特的組合使得懸空架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮，同時(shí)不犧牲效率或增加生產(chǎn)成本，使其成為滿足苛刻BMS IC測(cè)試要求的理想解決方案。

結(jié)論

測(cè)試BMS IC，對(duì)于確保電池在多種應(yīng)用中的安全、高效和可靠運(yùn)行非常重要。通過(guò)精確模擬電池輸入并驗(yàn)證BMS輸出，高效的測(cè)試有助于發(fā)現(xiàn)可能危及安全、效率或壽命的各種問(wèn)題。

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

通過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，BMS設(shè)備及其核心BMS IC可以達(dá)到更高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)行。