电池基础管理系统BMS的测试

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）以及多种大功率电池供

电系统，都离不开可再生的电能储蓄和释放单元，也就是我们一般说的可充电电池。以锂电池为例，电池必须

配合相应U勺充放电管理系统（BMS）才干保证正常H勺工作特性和安全，如何仿真电池的特性以进行BMS性能的

评估，往往变得非常H勺困难和复杂。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，并且吸取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。

最常用的措施，是使用单独的电源供电，再使用负载吸取被测件释放U勺能量。但是这种措施存在很

大的缺陷。重要问题是，这种措施无法实现电源和负载功能的持续转换，与系统实际工作条件大相径庭；并

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，可靠性和可反复性往往无法达到规定。因此,

只有将电源输出和功率吸取的功能完全集成到单一仪器或系统中，并且可以实现源与负载功能的无缝转换，才

干克服这些缺陷。

接下来我给人们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措施，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，配合电子负载吸取被测件的输出功率，用于其双向再生

能源系统和器件H勺测试。单独而言，直流电源可持续地输出功率，而电子负载可以持续地吸取，并且均有杰出

於J直流精度、稳定性和迅速H勺动态响应，无论被测件是什么。在测试过程中，这种性能是必需，由于被测件是

有源和动态U勺，根据其状态和工作条件，在输出功率和吸取功率之间转换。

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，进行供电和吸取。

855.被泅件吸收功率

•J被舞件输出功率

•«.V

双向功率被满件

（VC模式）

V■«#

V,”・>(V"“一V"J

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）

直流电源处在输出状态，被测件吸取功率：V被测件=（V直流电源-V二极管）

被测件处在输出状态，电子负载吸取电流：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。电子负载日勺电压设

立要

略不不不小于直流电源，在它们之间存在一种电压差会导致一种死区电压，使电池仿真系统无法工作在这个区

域中。电池管埋系统（BMS）H勺测试就会用到BSSo具她某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。当被测件吸取电流时，电压依托电源电压来维持。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，同步，电子负载会注入CV口勺工模式，并将电乐钳制在略高的电平上。一般状况下，需要在

直流电源输出端添加一种阻塞二极管，以避免被测件启动输出功率时，反向电流倒灌进入电源。在这种配备中，

直流电源直接读取电流值，同步电子负载直接读取吸取电流。但是，使用这种测试方案口勺确存在着某些无法避

免的缺陷：

＞直流电源无法使用远端感应，由于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。

＞功率输出和吸取之间H勺电压死区存在高阻抗。

》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电压发生变化时互相进行跟踪。

＞为了在测试中协调直流电源和电了•负载n勺工作状态，•般需要更为复杂n勺系统配备。

＞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。

》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

＞增长几百毫伏H勺死区电压。

特别是后两项因素，限制了双象限工作的灵活性和精度，并且影响了系统日勺静态工作性能。为了补

偿静态工作下日勺死区电压，需要对BSS电压编程控制，使其能根据规定上、下调节，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H勺动态瞬变，进而会与电子负载CV模式瞬变交错在一起。

如何仿真电池特性进行电池管理系统（BMS）的测试？——之二

办界也有T程师通过使用丁作区间完全重叠的措施,来避免前面所述的由于非重叠r作区间所导致欧।问

题。图3为配备成工作区间完全重叠的直流电源和电子负载。目前，电子负载在CC模式而非CV模

式下工作。电子负载的电流设立为固定值，不不不小于被测件能提供的电流最大值。这样，电子负载就会始终

保持在CC模式下，吸取固定水平的电流和功率。电子负载再也不必应对任何模式交叉问题。直流电源始终

保持在CV模式中，并且始终供应电流。因此不再需要二极管。成果，此BSS配备在整个供应和吸取范

畴内始终处在CV模式，没有电子负载模式交叉和静区电压瞬态，也就不会影响到波及非重叠工作

的IBSS配备。

・•披泅件吸收功率

•被舞件供给电力

3♦V被浦件

双向功率

被浦件

（~3模式）

■VouT

图定值

图3:进行重叠工作的用于电池仿真器系统（BSS）的直流电源和电子负载

被测件吸取功率：I直流电源=（I供应+I负载）

被测件供应功率：I直流电源=（T吸取（负值）+I负载）

很显然，虽然这种这种措施克服了电压死区H勺问题，但它也有某些缺陷：

》直流电源需要非常大，以便可以同步电池管理电路BMS所需要的）最大电流和功率，以及电子负载

持续吸取的完整电流。例如，为实现100%的电流吸取，直流电源需要增大两倍以上。

＞电子负载常常消耗所有功率，对于大系统来说必须考虑到这一点。

》测量需要读取直流电源和电子负载的电流并求差值，往往是用两个大值相减得到一种小值。此时

测量精度会受到影响。

如何仿真电池特性进行电池管理系统（BMS）的测试？一之三

如果将输出和吸取功率的功能整合到单一仪器中，可以减少使用单独的।直流电源和电子负载来配备功率输出和

和吸取解决方案日勺缺陷。这些功能进行整合之后，可以在闭环控制下工作，在输出和吸取电流和功率之间提供

完美、无瞬态现象日勺切换。也无需常常消耗大量功率。直流精度和动态性能将得到提高而不是减少。使用单一

测量系统测量所有电流，可以明显提高测量性能。重要挑战在于市场上缺少适合的仪器可以充足满足目前双象

限和再生能源系统和器件的测试需求，使工程师除了使用单独的直流电源和电子负载之外别无选择。

安捷伦先进电源系统（APS）N6900/N7900直流电源具有综合供应和吸取特性

APSN69OOAAPSN7900A

直流电源动态直流电源

1000W2000W1000W2000W

9V100A200A100A200A

20V50A100A50A100A

40V25A50A25A50A

60V17A33A17A33A

80V12.5A25A12.5A25A

图4：APS先进电源系统图5APS支持

的电压和电流范畴

APSN6900A/N7900A直流电源是专为满足目前双象限和再生能源系统和器件的测试需求而量身定制的。

其重要特性波及：

＞高能效1U高IKW型号和21J高2KW型号，在最小的I空间内提供大功率八

＞内置相称于输出能力10%H勺电流和功率吸取综合能力。使用选件N7909A功耗单元可轻松增长到

输出能力100%的功率吸取。

＞可选择广泛的输出电压，满足目前多种被测件和应用H勺需求。

＞电压和电流优先工作为供应和吸取测试提供了更大口勺灵活性，不受被测件特性的限制。

＞双象限测量系统可用于精确的电压、电流、功率、电荷和能量测量。

＞APSN7900动态直流电源先进的供应和测量能力可用于创立动态输出事件，进行瞬态测量，持续记录

电压、电流和功率等。

＞具有可配备逻辑口勺先进触发信号路由可用于创立合用于特定应用的控制、触发和保护特性，有助于轻松

应

＞对特别具有挑战性日勺测试问题。

A独一无二的模块化体系构造支持对高达10kW的综合供应-吸取系统进行轻松扩展，用于测试更

大功率口勺被测件。

APS的先进测量性能

当您使用单独的直流电源和电子负载时，无法使用电源内置H勺功率吸取功能。而APS配

合N7909A功率耗散器单元（取决于APS单元口勺额定功率）便可轻松升级到高达100%的功率

吸取功能。如图6所示，当在类似于图2所示使用单独直流电源和电子负载时的条件下进行测试时，虽

然在高10倍口勺电压辨别率下，APS和N7909A仍可提供完美无缺、稳定可靠口勺电压性能，同步在供应

和吸取之间进行切换，进行精确口勺电压、电流、功率、电量和能量测量，是测试双向和再生能源系统和器件必

不可少的一部分。当使用单独的直流电源和电子负载作为基本构建供应一吸取测试解决方案时，这些测量非常

复杂并且有诸多问题。至少，必须对从直流电源和电子负载读回的单独电流进行管理和吸取。直流电源和电子

负载很也许没有足够口勺能力进行累积电量和能量测量，因此需要您添加外部记录测量能力，但这同步也增长了

复杂性并带来其她问题。

APS口勺综合双象限测量系统可以完全弥补其综合供应和吸取能力口勺局限性。进行精确的电压、

电流、功率、电荷和能量测量对于APS来说轻而易举。

例如，图7和图8显示了当使用APS和N799