電池管理系統(tǒng)(BMS)的測試

1、如何仿真電池特性進行電池管理系統(tǒng)（bms ）的測試？ 之一不間斷電源(ups)、混合動力電動汽車(hev)、綠色能源系統(tǒng)（太陽能、風能等）以及各種大功率電池供電系統(tǒng)，都離不開可再生的電能儲蓄和釋放單元，也就是我們通常說的可充電電池。以鋰電池為例，電池必須配合相應(yīng)的充放電管理系統(tǒng)（bms）才能保證正常的工作特性和安全，如何仿真電池的特性以進行bms性能的評估，往往變得非常的困難和復(fù)雜。特別是這些系統(tǒng)的功率往往在上百瓦甚至上千瓦，在進行研發(fā)和生產(chǎn)過程中的測試時，就需要有更大功率的電源和負載，為bms提供功率輸入，并且吸收它們釋放出來的能量。對于測試工程師來說，這是一項極其艱巨的挑戰(zhàn)。最常用的方法，

2、 是使用單獨的電源供電，再使用負載吸收被測件釋放的能量。但是這種方法存在很大的缺陷。主要問題是， 這種方法無法實現(xiàn)電源和負載功能的連續(xù)轉(zhuǎn)換，與系統(tǒng)實際工作條件大相徑庭;而且，必須在系統(tǒng)中使用大功率的開關(guān)、繼電器等， 系統(tǒng)非常復(fù)雜， 可靠性和可重復(fù)性往往無法達到要求。因此，只有將電源輸出和功率吸收的功能完全集成到單一儀器或系統(tǒng)中，而且可以實現(xiàn)源與負載功能的無縫轉(zhuǎn)換，才能克服這些缺陷。接下來我給大家分析和比較三種電池管理系統(tǒng)bms測試電池仿真的方案！方案一、使用直流電源和電子負的方法，電源或負載單獨工作工程師往往使用單獨的直流電源提供所需的功率，配合電子負載吸收被測件的輸出功率，用于其雙向再生能源

3、系統(tǒng)和器件的測試。 單獨而言， 直流電源可連續(xù)地輸出功率，而電子負載可以連續(xù)地吸收，并且都有出色的直流精度、穩(wěn)定性和快速的動態(tài)響應(yīng)，無論被測件是什么。在測試過程中，這種性能是必需，因為被測件是有源和動態(tài)的，根據(jù)其狀態(tài)和工作條件，在輸出功率和吸收功率之間轉(zhuǎn)換。圖 1 所示的一套電池仿真器系統(tǒng)(bss) ，就是將直流電源和電子負載組合起來，進行供電和吸收。圖1常用直流電源和電子負載測試方案，集成電池仿真器系統(tǒng)(bss)直流電源處于輸出狀態(tài)，被測件吸收功率被測件處于輸出狀態(tài)，電子負載吸收電流：v被測件：v被測件= (v= v直流電源負載v二極管)電池仿真系統(tǒng)是典型的電壓系統(tǒng)；直流電源和電子負載都工作

4、在恒壓(cv)模式下。電子負載的電壓設(shè)置要略大于直流電源，在它們之間存在一個電壓差會造成一個死區(qū)電壓，使電池仿真系統(tǒng)無法工作在這個區(qū)域中。電池管理系統(tǒng) (bms) 的測試就會用到 bss。其它一些需要單極性雙象限直流電源測試的待測件， 也可以用這套系統(tǒng)來測試。當被測件吸收電流時，電壓依靠電源電壓來維持。當被測件輸出電流時，其電壓上升，直流電源的輸出就會截止，同時，電子負載會進入cv的工模式，并將電壓鉗制在略高的電平上。通常情況下，需要在直流電源輸出端添加一個阻塞二極管， 以防止被測件啟動輸出功率時， 反向電流倒灌進入電源。 在這種配置中，直流電源直接讀取電流值， 同時電子負載直接讀取吸收電流。

5、 但是，使用這種測試方案的確存在著一些無法避免的缺陷 ：直流電源無法使用遠端感應(yīng)，因為如果遠端感應(yīng)線在二極管端，阻塞二極管將會導(dǎo)致直流電源不穩(wěn)定。功率輸出和吸收之間的電壓死區(qū)存在高阻抗。需要向直流電源和電子負載分別發(fā)送電壓編程指令，使它們在bss 電壓發(fā)生變化時相互進行跟蹤。為了在測試中協(xié)調(diào)直流電源和電子負載的工作狀態(tài)，通常需要更為復(fù)雜的系統(tǒng)配置。電子負載不得不在截止和cv工作模式之間跳變，會影響其動態(tài)性能。在電流和溫度發(fā)生變化時，阻塞二極管的壓降會發(fā)生變化，直接導(dǎo)致直流電源和電子負載電壓之間，需要增加幾百毫伏的死區(qū)電壓。特別是后兩項因素，限制了雙象限工作的靈活性和精度，并且影響了系統(tǒng)的靜態(tài)工

6、作性能。為了補償靜態(tài)工作下的死區(qū)電壓，需要對bss 電壓編程控制，使其能根據(jù)要求上、下調(diào)整，使電壓值更接近需要的電壓。然而，由于死區(qū)電壓的存在固有的動態(tài)瞬變，進而會與電子負載cv模式瞬變交織在一起。圖 2單獨直流電源和電子負載的輸出吸收模式跳變，存在明顯的死區(qū)電壓如何仿真電池特性進行電池管理系統(tǒng)（bms）的測試？之二業(yè)界也有工程師通過使用工作區(qū)間完全重疊的方法，來避免前面所述的由于非重疊工作區(qū)間所造成的問題。圖3為配置成工作區(qū)間完全重疊的直流電源和電子負載?，F(xiàn)在，電子負載在cc模式而非cv模式下工作。電子負載的電流設(shè)置為固定值，大于被測件能提供的電流最大值。這樣，電子負載就會始終保持在cc 模

7、式下，吸收固定水平的電流和功率。電子負載再也不必應(yīng)對任何模式交叉問題。直流電源始終保持在cv模式中，并且始終供給電流。因此不再需要二極管。結(jié)果，此bss 配置在整個供給和吸收范圍內(nèi)始終處于cv模式，沒有電子負載模式交叉和靜區(qū)電壓瞬態(tài)，也就不會影響到包含非重疊工作的bss配置。圖3:進行重疊工作的用于電池仿真器系統(tǒng)(bss)的直流電源和電子負載被測件吸收功率被測件供給功率：ii直流電源直流電源= (i= (i供給吸收+ i (負載 ) 負值 ) + i負載 )很顯然，雖然這種這種方法克服了電壓死區(qū)的問題，但它也有一些缺點：直流電源需要非常大，以便能夠同時電池管理電路bms所需要的最大電流和功率，

8、以及電子負載連續(xù)吸收的完整電流。例如，為實現(xiàn)100% 的電流吸收，直流電源需要增大兩倍以上。電子負載經(jīng)常消耗全部功率，對于大系統(tǒng)來說必須考慮到這一點。測量需要讀取直流電源和電子負載的電流并求差值，往往是用兩個大值相減得到一個小值。此時測量精度會受到影響。如何仿真電池特性進行電池管理系統(tǒng)（bms）的測試？之三如果將輸出和吸收功率的功能整合到單一儀器中， 可以減少使用單獨的直流電源和電子負載來配置功率輸出和和吸收解決方案的缺點。 這些功能進行整合之后， 可以在閉環(huán)控制下工作， 在輸出和吸收電流和功率之間提供完美、無瞬態(tài)現(xiàn)象的切換。也無需經(jīng)常消耗大量功率。直流精度和動態(tài)性能將得到提升而不是降低。使用

9、單一測量系統(tǒng)測量所有電流， 可以顯著提高測量性能。 主要挑戰(zhàn)在于市場上缺少適合的儀器能夠充分滿足當前雙象限和再生能源系統(tǒng)和器件的測試需求，使工程師除了使用單獨的直流電源和電子負載之外別無選擇。安捷倫先進電源系統(tǒng)(aps) n6900/n7900直流電源具有綜合供給和吸收特性圖 4：aps先進電源系統(tǒng)圖 5 aps 支持的電壓和電流范圍aps n6900a/n7900a直流電源是專為滿足當前雙象限和再生能源系統(tǒng)和器件的測試需求而量身定制的。其主要特性包括：高能效1u高1 kw型號和2u高2 kw型號，在最小的空間內(nèi)提供大功率。內(nèi)置相當于輸出能力10% 的電流和功率吸收綜合能力。使用選件n7909

10、a功耗單元可輕松增加到輸出能力100%的功率吸收。可選擇廣泛的輸出電壓，滿足當前各種被測件和應(yīng)用的需求。電壓和電流優(yōu)先工作為供給和吸收測試提供了更大的靈活性，不受被測件特性的限制。雙象限測量系統(tǒng)可用于精確的電壓、電流、功率、電荷和能量測量。aps n7900動態(tài)直流電源先進的供給和測量能力可用于創(chuàng)建動態(tài)輸出事件，進行瞬態(tài)測量，連續(xù)記錄電壓、電流和功率等。具有可配置邏輯的先進觸發(fā)信號路由可用于創(chuàng)建適用于特定應(yīng)用的控制、松應(yīng)對特別具有挑戰(zhàn)性的測試問題。觸發(fā)和保護特性， 有助于輕獨一無二的模塊化體系結(jié)構(gòu)支持對高達10 kw的綜合供給-吸收系統(tǒng)進行輕松擴展，用于測試更大功率的被測件。圖6. aps和n

11、7909a完美的供給-吸收響應(yīng)aps的先進測量性能當您使用單獨的直流電源和電子負載時，無法使用電源內(nèi)置的功率吸收功能。而aps 配合n7909a功率耗散器單元(取決于aps 單元的額定功率)便可輕松升級到高達100%的功率吸收功能。 如圖6所示，當在類似于圖2所示使用單獨直流電源和電子負載時的條件下進行測試時，即使在高10倍的電壓分辨率下，aps 和n7909a仍可提供完美無缺、穩(wěn)定可靠的電壓性能，同時在供給和吸收之間進行切換，進行精確的電壓、電流、功率、電量和能量測量，是測試雙向和再生能源系統(tǒng)和器件必不可少的一部分。 當使用單獨的直流電源和電子負載作為基礎(chǔ)構(gòu)建供給吸收測試解決方案時，這些測量

12、非常復(fù)雜而且有很多問題。至少，必須對從直流電源和電子負載讀回的單獨電流進行管理和吸收。直流電源和電子負載很可能沒有足夠的能力進行累積電量和能量測量，因此需要您添加外部記錄測量能力，但這同時也增加了復(fù)雜性并帶來其他問題。aps 的綜合雙象限測量系統(tǒng)可以完全填補其綜合供給和吸收能力的不足。進行精確的電壓、電流、功率、電荷和能量測量對于aps 來說輕而易舉。例如，圖7和圖8顯示了當使用aps 和n7909a功耗單元對超級電容器進行充放電，同時捕獲其電壓、電流和能量時，所供給而后在超級電容器上恢復(fù)的電流、電壓和能量。圖7.超級電容器充放電電壓和電流圖8.超級電容器充放電能量總結(jié)微型、混合動力電動汽車(hev)、不間斷電源(ups)、替代能源電源以及許多其他現(xiàn)代電源系統(tǒng)都依賴于雙向和再生能源系統(tǒng)和器件。許多這些雙向能源系統(tǒng)和器件都是在千瓦級功率下工作。因此，要開發(fā)和生產(chǎn)這些系統(tǒng)和器件，必須能夠供給和吸收kw級和更大功率， 這對于測試工程師來說是一項非常艱巨的挑戰(zhàn)。最常用的方法是使用單獨的直流電源和電子負載進行功率輸出和吸收。然而，由于輸出和吸收是獨立的，實際上有可能產(chǎn)生許多問題并影響性能。只有將輸出和吸收真正整合到單一系統(tǒng)中，它們才能提供完美無缺的最佳性能。安捷倫aps n6900/n7900直流電源系統(tǒng)具有一體