BMS采集电芯的电压精度是有要求的,无论是自测,还是客户验收,我们都需要一个比较准的基准源来检测我们的硬件精度,验证是否满足需求。如果使用电池去做为基准源的话,一是调整电压比较麻烦,二是电池的电压会逐渐变化,三是不安全,测试时需要格外小心。
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所以就出现了电池模拟器。其最基本的功能是可以人为任意设置目标电压值,并且精度稳定,有一定的带负载能力,满足测量要求。 市场上已经有大量成熟的产品了,可以满足测试的各种需求,组成的测试系统框架如下图:
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实际我们使用电池模拟器更多地用来模拟电芯电压和温度、模拟均衡和故障模拟等功能。
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下面来分析选用电池模拟器的几个关键需求。
1、模拟电芯电压
这个是最重要的需求,首先要决定需要多少路的电压模拟通道,一般的产品都在12路以上,这个根据产品需求提就好。通道之间是互相电气隔离的,如果要串联,则需在外面通过线束连接实现。电压模拟的原理如下图,通过DA芯片来设置输出目标电压,然后通过AD芯片来采集反馈端的输入电压,形成闭环系统,实时调整输出电压,提供输出精度。所以一般的模拟器电压输出都有四条线:两条输出线,两条采样线。
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关于电压精度,其实这个也和AFE有关,同一个电池模拟器,用两个厂家的AFE采集到的结果可能是有1mV以上的偏差。排除这些干扰因素,精度要在1mV以下才能满足通用的需求(尤其是产线生产时)。一般厂家都会给出它的精度参数如下表,主要根据设定分辨率和设定精度这两个参数去选择合适的产品。
型号 | Y1012-5V5A |
电流 | 5A/CH |
电压 | 5V/CH |
功率 | 25W/CH |
恒电压模式 | |
量程 | 0-5V |
设定分辨率 | 0.01%+1mV |
回读分辨率 | 0.05% |
回读精度 | 0.01%+1mV |
电压建立时间 | ≤10ms |
纹波噪声(20Hz-20MHz) | 2mVrms |
温度系数 | 25ppm/℃(23±5℃) |
2、模拟温度
温度模拟中比较常用、有效的方案是电阻阵列,如下图所示,我们根据实际的NTC阻值表,确定需要的电阻阻值范围。模拟器在每个阻值档位上面都设置了本档位阻值1、2、4、8倍数的四个电阻,然后根据这四个电阻的拼凑,可以进一步得到本档位内任意一个电阻值。如此一来,不同档位之间进行拼凑,就可以得到我们想要的任意阻值。下图中的阻值范围可以满足我们实际绝大部分需求。
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应用中需要注意的是,BMS中的每一个温度采样通道要配置单独的温度模拟电阻,不同通道之间不能共用,否则会造成内部分压而采集偏差。
3、模拟均衡
电池模拟器也要有一定的输出能力,包括拉电流、灌电流两种,用来模拟电池均衡功能。
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如果一个模拟器同时给多个AFE并联使用,那么模拟器的输出能力要选取更大一些,基本上要到几安培左右。如果选取的输出电流太小,则在测试时会出现各种各样奇怪的问题。