原创 如何仿真电池特性进行电池管理系统（BMS）的测试？——之一

    不间断电源 (UPS)、混合动力电动汽车 (HEV)、绿色能源系统（太阳能、风能等）以及各种大功率电池供电系统，都离不开可再生的电能储蓄和释放单元，也就是我们通常说的可充电电池。以锂电池为例，电池必须配合相应的充放电管理系统（BMS）才能保证正常的工作特性和安全，如何仿真电池的特性以进行BMS性能的评估，往往变得非常的困难和复杂。 特别是这些系统的功率往往在上百瓦甚至上千瓦，在进行研发和生产过程中的测试时，就需要有更大功率的电源和负载，为BMS提供功率输入，并且吸收它们释放出来的能量。对于测试工程师来说，这是一项极其艰巨的挑战。

     最常用的方法，是使用单独的电源供电，再使用负载吸收被测件释放的能量。但是这种方法存在很大的缺陷。主要问题是，这种方法无法实现电源和负载功能的连续转换，与系统实际工作条件大相径庭 ; 而且，必须在系统中使用大功率的开关、继电器等，系统非常复杂，可靠性和可重复性往往无法达到要求。因此，只有将电源输出和功率吸收的功能完全集成到单一仪器或系统中，而且可以实现源与负载功能的无缝转换，才能克服这些缺陷。

接下来我给大家分析和比较三种电池管理系统BMS测试电池仿真的方案！

方案一、使用直流电源和电子负的方法，电源或负载单独工作

工程师往往使用单独的直流电源提供所需的功率，配合电子负载吸收被测件的输出功率，用于其双向再生能源系统和器件的测试。单独而言，直流电源可连续地输出功率，而电子负载可以连续地吸收，并且都有出色的直流精度、稳定性和快速的动态响应，无论被测件是什么。在测试过程中，这种性能是必需，因为被测件是有源和动态的，根据其状态和工作条件，在输出功率和吸收功率之间转换。

图 1 所示的一套电池仿真器系统 (BSS)，就是将直流电源和电子负载组合起来，进行供电和吸收。

图 1 常用直流电源和电子负载测试方案，集成电池仿真器系统 (BSS)

直流电源处于输出状态，被测件吸收功率 ： V 被测件= (V 直流电源 – V 二极管 )

被测件处于输出状态，电子负载吸收电流 ： V 被测件 = V 负载

电池仿真系统是典型的电压系统；直流电源和电子负载都工作在恒压 (CV) 模式下。电子负载的电压设置要

略大于直流电源，在它们之间存在一个电压差会造成一个死区电压，使电池仿真系统无法工作在这个区域中。电池管理系统 (BMS) 的测试就会用到 BSS。其它一些需要单极性双象限直流电源测试的待测件，也可以用这套系

统来测试。当被测件吸收电流时，电压依靠电源电压来维持。当被测件输出电流时，其电压上升，直流电源的输出就会截止，同时，电子负载会进入 CV 的工模式，并将电压钳制在略高的电平上。通常情况下，需要在直流电源输出端添加一个阻塞二极管，以防止被测件启动输出功率时，反向电流倒灌进入电源。在这种配置中，直流电源直接读取电流值，同时电子负载直接读取吸收电流。但是，使用这种测试方案的确存在着一些无法避免的缺陷 ：

Ø  直流电源无法使用远端感应，因为如果远端感应线在二极管端，阻塞二极管将会导致直流电源不稳定。

Ø  功率输出和吸收之间的电压死区存在高阻抗。

Ø  需要向直流电源和电子负载分别发送电压编程指令，使它们在 BSS 电压发生变化时相互进行跟踪。

Ø  为了在测试中协调直流电源和电子负载的工作状态，通常需要更为复杂的系统配置。

Ø  电子负载不得不在截止和 CV 工作模式之间跳变，会影响其动态性能。

Ø  在电流和温度发生变化时，阻塞二极管的压降会发生变化，直接导致直流电源和电子负载电压之间，需要

Ø  增加几百毫伏的死区电压。

     特别是后两项因素，限制了双象限工作的灵活性和精度，并且影响了系统的静态工作性能。为了补偿静态工作下的死区电压，需要对 BSS 电压编程控制，使其能根据要求上、下调整，使电压值更接近需要的电压。然而，由于死区电压的存在固有的动态瞬变，进而会与电子负载 CV 模式瞬变交织在一起。

图2 单独直流电源和电子负载的输出－吸收模式跳变，存在明显的死区电压