如何对BMS单元连接进行热插拔

电路

离子电池广泛应用于便携式系统，包括吸尘器、草坪设备、手持电动工具、电动自行车和储能系统。锂离子电池体积小，重量轻，电池寿命比其他电池化学品长，但为了安全使用需要进行监测和保护。

电池管理系统(BMS)的主要任务是对电池组进行保护，而辅助BMS保护的关键设备是电池组监控器。它监视每个电池组的电压，以及整个电池组的电压、温度和电流。监视这些参数可以使BMS控制器为包及其各个单元保持一个安全的操作窗口。

虽然BMS设备的工作涉及到许多方面，但本文讨论了热插拔排序和如何实现单元连接序列。这些序列表征了BMS设备的热插拔性能。大多数工程师都熟悉“热插拔”这个术语。然而，在处理BMS设备和开发热插拔测试排列时，由于BMS连接太多，工程师需要牢记其有效性。一个单独的电池组监视器可以有多达15个或更多的热插拔连接。

图1.热插拔测试需要对每个单元连接的控制/定时进行可编程切换。

热插拔试验工况
测试BMS设备热插拔健壮性需要几个“活动”单元连接，如图1所示。由于电池没有关闭开关，您的连接将有源/接收器电压。而且，考虑到您将有多个有线bms到包间单元间连接，bms设备必须具有极强的热插拔性能。它必须能够处理生产或应用程序环境中的任何连接顺序。BMS的控制器是暴露在热插拔条件下，每次你附加一个新的包。热插拔过程中存在的主要问题之一是BMS器件的各种电路模块在主轨建立前都在接收电源，这使得电路的运行方式难以预料。像ISL 94203或ISL 94202这样的电池组监视器可以通过在热插拔事件期间控制关键电路节点的阻抗来解决这个问题。

热插拔测试覆盖目标
热插拔过程中会出现许多器件畸变，因此在热插拔测试过程中实现这些故障检测目标是非常重要的。

腐败的POR-不正确的状态机启动
这个问题集中在BMS控制设备上，从所有连接完成之前开始。虽然这可能不是灾难性的，但它可能会在生产过程中导致ATE失败。早期POR会导致启动失败。因此，新的热插拔测试方法包括在封装连接过程中检测早期POR或设备激活。

内部逻辑故障-异常数字状态
当数字逻辑电平具有亚稳态条件时，就会发生这种情况。亚稳态是逻辑电平在有效电压阈值之间的位置。结果是数字状态寄存器报告异常位组合。因此，测试设备必须包括热插拔测试期间的设备通信(I2C，SPI)，如表1所示。异常的数字状态可能导致ATE故障，需要重新启动设备。

表1.热插拔测试通过I2C或SPI通信总线记录BMS设备的内部寄存器

模拟偏置故障.不准确的电压读数
这是一个条件，内部模拟参考或偏置水平没有达到适当的水平。不正常的偏差可能导致内部和测量的模拟值永久偏移。这些偏移可能导致永久错误条件，需要一个完整的功率再循环才能清除。图2显示了完成热插拔序列后的模拟多路复用器(MUX)测量数据。

图2.模拟电压测量可以检测MUX性能的变化。

热插拔连接序列的制定
BMS热插拔鲁棒性需要处理随机功率序列。这些序列定义了从单元测量节点到有源电池电压的连接顺序。这些序列的定义本身就可以成为一种研究。以前在热插拔测试方面的努力表明，需要成千上万的连接序列。图3展示了热插拔测试的切换连接序列。在开发新的连接序列时，我们提供了几种经过多年测试开发的不同方法。

图3.热插拔试验由开关连接序列组成。

基于记忆测试模式效能的连接序列
除了定义热插拔连接序列之外，还需要包括内存测试(模式生成)方法。内存测试实际上是对内存库的功率分布的动态性能测试。而且，某些类型的测试模式比其他类型的测试模式更强调功率分配。

例如，最近的一个工业BMS热插拔测试项目要求以随机方式切换9个连接。连接包括VSS(Pack-)、VBAT(Pack+)和7单元监控程序连接。因此，从内存测试模式的角度来看，有九位。

其他的BMS设备有多达15个或更多的连接。如果连接序列设计是从数学排列的角度出发的，那么就需要进行数千到数百万的测试。注意，每个测试都需要时间来关闭上次测试，执行连接序列，然后确认POR状态。在完成热插拔序列之后，每个测试都触发一个POR循环。测试然后检查数字状态寄存器，最后记录所有相关MUX通道的模拟测量。

图4.从整体电路应力角度看BMS热插拔连接

为了支持内存观点，让我们回顾一下内存测试模式及其目标故障检测。以下是内存故障条件的列表：

卡住故障
TF=过渡断层
CF=耦合断层
邻域模式敏感断层
地址解码故障

回顾这些故障模型，并从存储电路过渡到热插拔测试，一些故障实际上是针对热插拔失效机制的。观察表明，2、3、4故障与热插拔故障检测有关。当然，由于不同的热插拔连接模式的出现，过渡故障、耦合故障和邻域模式敏感是可能的。耦合和邻域故障检测尤其适用于热插拔测试的有效性。

表2.使用计算的、非重复排列的连接序列在现实世界的实验室环境中是不实际的。

因此，新设计的热插拔序列将应力应用于连接的内部偏置。这在一次方法中比简单的条件更强调设备的条件。组合模式，如棋盘，添加到步行1s，和步行0是使用的基本模式，在这个版本的热插拔测试。如图4所示，BMS设备需要在热插拔事件期间控制输入开关的阻抗，从而控制IC的输入信号。

基于单细胞的连接序列，每次一个
这些模式每次都有关于一个连接模式的基本概念。例子有简单的升序闭包和降序闭包，并且有半随机的，一个时间序列。这里的目标是使用高效的模式选择，但限制这些类型序列的数量。这使测试在合理的时间内运行。

严格应用非重复排列计算会导致不切实际的热插拔测试物流。表2显示了估计9个连接热插拔测试时间超过400小时。这种方法不适用于设备重复测试、多个设备测试或时序变化。

基于硬件互连设计的连接序列
最后一个考虑是连接器的机械方面。硬件互连设计解决了每个连接器的连接数，并考虑了电气分配的总体组织。设计可以在单个连接器上使用2、3和4单元连接，这意味着连接的电池组包含一系列连接器。

此外，互连设计可以包括与主包和包+节点分开制作的单元监控器连接。其他设计可以并行包和包+。结果是，主要供应点物理连接到两个不同的连接点。简而言之，基于硬件互连的序列是由原理图驱动的。

具有互连延迟的连接序列
连接序列设计包括可编程延迟。除了指定闭包序列之外，每个测试步骤还包括一个变量，作为测试定义的一部分。此变量是闭包之间的可编程延迟。因此，为了缩短测试时间，早期测试可以保持较短的延迟时间。接下来的测试运行可以增加延迟值，以模拟电池连接之间的实际时间。

最好不要仅仅基于数学排列。相反，序列应该是三种类型的组合。第一种类型的序列是一次选择一个模式。第二种是基于有效输入强调的一次几种。第三种是基于连接器方案的排序组合，即每个插头组件的物理接触。

在注重序列效果的情况下，重复测试是可能的。这使得能够测试多个设备。序列有效性减少测试时间，因此人员可以从安全的角度出发。最后，测试过程的定时可以扩展到模拟工厂/用户连接过程中自然发生的延迟。

热插拔性能是关键
在设计电池管理系统时，热插拔性能是设备合格的关键。本文综述了BMS热插拔测试和序列设计的各个方面。我们还列出了应该遵循的期望的故障覆盖率。在此过程中，我们了解到，关注连接排序(和时序)解决了一个从根本上驱动实际热插拔测试要点的问题。工程师应将顺序开发视为一个连续的过程。未来的发展将主要由BMS到Pack互连驱动.测试条件也依赖于参考设计及其变化。

王栋春 · 2018-9-7 21:47:49

学习了

jf_25122481 · 2023-10-12 16:05:52

您好，文档的图片打不开了。还能更新一下吗？谢谢！

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