都灵（意大利）

3月 25, 2025

BMS IC测试：确保电池安全和性能的关键

电池管理系统测试：确保电池供电设备的安全性和效率

 

电池管理系统（BMS）在管理和保护各领域电池组健康、安全及性能方面发挥着至关重要的作用。从储能系统到消费电子、工业机械及可再生能源领域，任何依赖可充电电池的系统都离不开可靠的BMS。

在这些应用场景中，BMS会持续监控并均衡电池组内的各个电池单元，确保高效且安全地满足电力需求，防范潜在危险，并最大限度地延长电池使用寿命。

为确保这些关键组件的可靠性和功能性，必须进行严格的测试，以验证BMS集成电路在真实环境下是否按预期运行。验证BMS对于产品安全至关重要。

 

BMS IC是什么？

 

BMS IC是电池管理系统的电子“大脑”。它负责收集和处理电池组内各种传感器传来的数据，如电压、温度和电流传感器的数据。然后，这些数据会被用于计算每个单体电池的荷电状态（SOC）、平衡电池间的电量，以及监测电池组的整体健康状况。有些人也会将该组件称为电池管理集成电路。

它通常结合模拟电路和数字电路来执行这些任务。模拟电路用于测量和处理原始传感器数据，而数字电路则用于进行计算、做出决策，并与车辆中的其他系统进行通信。所有功能可以集成到单个电池管理集成电路中。因此，电池管理 IC是BMS的核心。

 

BMS设备与BMS的重要性

 

BMS设备作为BMS的一部分，承担着多项重要任务，包括：

• 单体电池监测：追踪电池组内每个电池的荷电状态、电压和温度。这些信息对于防止过充或过放至关重要，因为过充或过放会导致电池容量下降并引发安全隐患。这是电池管理系统的核心功能。
• 均衡：确保所有电池均匀充放电，以防止过早失效。通过均衡电池，BMS设备有助于延长电池组的整体使用寿命并提高其性能。有效的电池均衡是优质电池管理系统（BMS）的关键特性。
• 安全保护：检测和缓解潜在危险，如过充、过放和热失控。BMS设备集成了各种安全功能，如温度传感器和电流监测，以识别和防止这些状况的发生。BMS集成电路（IC）对这些安全功能至关重要。
• 通信：向车辆的其他系统或外部设备提供电池状态信息。BMS设备，特别是电池BMS，与车辆的其他组件（如电机控制单元和驾驶员界面）进行通信，以提供关于电池的荷电状态、健康状况和安全状态的实时信息。电池管理系统（BMS）对于电动汽车（EV）和许多其他应用都至关重要。

 

BMS IC测试面临哪些挑战？

 

测试BMS设备，尤其是核心的BMS IC，面临着诸多独特挑战，这需要使用专门的半导体混合信号测试仪，该测试仪能够处理模拟和数字信号，并执行精确的测量和分析，以确保BMS能够有效监测电池的健康状态。这些测试仪必须具备特定的功能和仪器，以应对以下挑战：

01 电池单体输入的模拟。准确模拟电池单体输入对于评估BMS IC在不同条件下的响应至关重要，且无需使用真实电池。电池单体仿真需要为每个模拟单体提供稳定的输入电压，而随着单个BMS IC如今能够管理的单体数量不断增加（最新已达32个），这一需求变得更加迫切。此外，该输入电压还必须与模拟单体的荷电状态相匹配。半导体混合信号测试仪必须配备高度可靠的电压发生器，能够在每个单体监测输入上施加并测量高达200V的电压，且精度小于50µV。这些电压发生器必须满足以下特定特性：

• 低噪声：减少可能影响仿真准确性的干扰。
• 高精度：确保电压生成能够紧密模拟真实世界的电池条件。
• 长时间稳定性：保持一致的电压水平，这对于长时间测试至关重要。
• 悬空输出：防止地环路干扰，保持信号完整性。
• 快速电流钳制：在发生短路时提供保护，保障测试系统和被测设备（DUT）的安全。

 

02 数字和模拟输出的测量。测试的第二步是捕获并测量BMS IC的输出数据，这些数据必须与规格相符，以确认其性能正常，确保设备在响应不同输入时能产生正确的数字和模拟输出。电池管理系统IC会生成各种数字和模拟信号，以与其他系统进行通信并提供电池状态信息。验证这些信号的准确性和时序涉及两大挑战：

• 精确的漏电流测量：准确测量BMS IC产生的漏电流对于验证其效率并防止电池不必要的放电至关重要。漏电流会降低电池组的整体容量，影响电池寿命，并导致电池过早失效。半导体混合信号测试仪必须具备高分辨率测量能力，以准确测量即使是很小的漏电流。
• 高速数据采集：电池管理系统会产生大量数据，这些数据必须实时捕获和分析。半导体混合信号测试仪必须具备高速数据采集能力，以跟上BMS设备产生的数据速率。

03 电池均衡MOSFET的导通电阻（RDS-on）测量：电池均衡是BMS IC内的一项关键功能，也是整个BMS芯片的重要组成部分。该功能通过MOSFET开关实现，这些开关能够选择性地对荷电状态较高的电池进行放电。准确评估MOSFET的导通电阻（RDS-on）至关重要。RDS-on值升高意味着在电池均衡过程中功耗增加，这会影响效率并可能引发热问题。测试仪必须具备精确的电流和电压测量能力，以确定每个电池均衡MOSFET的RDS-on，确保BMS IC在指定参数范围内运行，并有助于保持电池组的最佳状态。

 

SPEA针对BMS IC测试方案

 

SPEA已开发出专门用于满足BMS IC测试需求的设备。DOT800混合信号测试仪能够高度准确地模拟电池行为，从而全面测试BMS的所有功能。DOT800仪器的关键特性包括：

01 高精度电压生成：能够低噪声且长期稳定地准确模拟电池单体电压。SPEA的仪器能够生成高度精确的电压波形，以模拟不同类型电池单体在各种工作条件下的行为。

02 悬空能力：能够在高压水平下（5-100µV精度）进行高精度测试，而不会损失分辨率。

03 快速电流钳制：提供对短路和其他潜在危险的防护。在发生短路或其他故障情况时，SPEA的仪器能够迅速钳制电流，以防止对BMS IC或电池组造成损坏。

04 精确的漏电流测量：准确测量漏电流以验证BMS IC的性能。SPEA的仪器配备高分辨率测量能力，能够准确测量即使是很小的漏电流。

05 数字和模拟输出验证：全面测试数字和模拟输出，以确保符合规格。SPEA的仪器能够验证BMS IC产生的数字和模拟信号的准确性和时序。

06 软件模拟：先进的软件工具用于模拟电池行为和优化测试条件。SPEA的软件工具允许用户创建真实的电池模型并模拟各种工作场景，以确保BMS IC在所有条件下都能正常工作。

通过测试设备自校准确保长期的准确性

 

BMS IC测试过程中，在整个生产生命周期内保持最高水平的准确性至关重要。SPEA的测试仪通过一种独特的方法实现了卓越的精度，该方法将自校准与集成外部高精度万用表相结合，且该万用表可直接访问被测设备（DUT）的引脚。

首次运行测试应用程序时，测试仪会启动一个全面的校准序列。首先，它会施加执行测试计划所需的所有电压。随后，它会使用集成的外部万用表测量每个通道的电压输出，并将这些高精度的参考值存储在测试程序中。

在实际测量产品（DUT）时，测试仪会获取DUT的电压，并将其与之前存储的参考值进行比较，从而有效计算出每个单体电池的总测量误差（TME）。得益于SPEA测试仪架构的固有稳定性，此校准过程只需在每个生产批次开始时执行一次，从而最大限度地减少停机时间并提高吞吐量。

这种方法甚至能够实现超越测试仪数据手册中所述规格的精度。此外，测试仪器的架构使得万用表与DUT引脚之间能够保持持续、直接的连接，而无需在应用负载板上集成任其他复杂且昂贵的硬件。

这种方法确保了SPEA的测试仪在整个生产过程中都能提供一致、可靠且高度准确的测量结果，从而有助于提高BMS IC的整体质量和可靠性。

 

测试配置：悬空设置的优势

 

电池管理系统（BMS）集成电路测试有三种主要的测试配置：电阻梯、单端和悬空。每种配置都有其独特的特点，但悬空架构因其精度和稳定性而脱颖而出。

01 电阻梯：虽然成本较低，但这种方法易受漏电流和温度引起的电阻变化影响，导致测量不准确，影响测量可靠性。

02 单端：尽管简化了负载板设计，但单端配置在较高电压水平下可能会出现精度下降的问题，限制了其在要求苛刻的应用中的有效性。

03 悬空架构：这种方法将测量电路隔离，能够在宽范围内实现高精度的电压生成。通过有效地将测量与地相关噪声和干扰解耦，悬空架构提供了卓越的稳定性和精度。这对于BMS IC尤为重要，因为即使是微小的电压变化也可能对电池平衡和安全产生显著影响。

悬空配置可能更为复杂且资源密集，但SPEA的测试仪利用多核设计、分布式智能和高密度悬空仪器，实现了更具竞争力的测试成本。这种独特的组合使得悬空架构的优势得以发挥，同时不牺牲效率或增加生产成本，使其成为满足苛刻BMS IC测试要求的理想解决方案。

 

结论

 

测试BMS IC，对于确保电池在多种应用中的安全、高效和可靠运行非常重要。通过精确模拟电池输入并验证BMS输出，高效的测试有助于发现可能危及安全、效率或寿命的各种问题。

SPEA 的解决方案为制造商提供了满足BMS 测试需求所需的精密工具，提供了消费电子、工业应用、储能等领域 BMS 技术所需的准确性和可靠性。

通过严格的测试，BMS设备及其核心BMS IC 可以达到更高质量标准，从而确保电池供电系统在广泛的现代应用中稳定运行。