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为什么选择电池模拟器来测试BMS?
  BMS是一种特别复杂的电子产品。在设计阶段,您需要检查原型的功能;在生产阶段,要测试产品的性能。如果设备发生故障,则需要进行维护。如今,在选择测试BMS性能时,可以是直接电池组测试,或者是电池模拟器替代电池来进行测试,需要合适的测试设备来支持它们。

  BMS是一种特别复杂的电子产品。在设计阶段,您需要检查原型的功能;在生产阶段,要测试产品的性能。如果设备发生故障,则需要进行维护。如今,在选择测试BMS性能时,可以是直接电池组测试,或者是电池模拟器替代电池来进行测试,需要合适的测试设备来支持它们。

  BMS的功能主要包括三个方面:

  1)监控和管理电池组的运行状态——电压控制、电流控制、温度控制、SOC评估、均衡控制等。

  2)电池故障管理——过充、过放、过流、过温、单体电池组不平衡等。

  3)电池故障管理——传感器丢失、单次故障等。

  4)BMS的各种功能包括数据采集、过程控制、数据通讯和其他等,适用于ADC、DIO、PWM、CAN、继电器等各种端口和设备在功能和算法方面都非常复杂。

  对此类复杂功能进行全面测试通常需要功能测试和评估。目前主要有两种方法:

  第一种方法是将被控电池组对象与BMS对接进行测试

  这是最直观的测试方法,所有测试参数都与实际情况一致,看似理想,但在实际应用中存在很多问题。

  1)测试时间长 - 电池组充电和放电需要更长的时间。为了完成工作周期,必须遵循真实事物的特性,而漫长的等待时间使得难以进行批量测试。

  2)需要大量的辅助设备:需要恒温箱等辅助设备来模拟不同的环境条件。

  3)参数设置困难:使用单一BMS功能进行测试调试时,需要在开始实验前通过充放电来调整电池状态。

  4)不易把控操作:单位电容和内阻等关键参数仅限于物理对象,没有空间调整。由于电池组装技术等多种因素的影响,无法调整单个单元SOC的运行状态。此外,随着循环次数的增加,电池组本身的状况也会发生变化

  5)存在安全隐患:充电电池是一种储存大量能量的装置,这种验证方法威胁到操作者的人身安全。

  6)高功耗:电池组的充电和放电需要大量的能量。

  7)系统成本高:电池组本身的价格较高,尤其是对于大容量电池组。此外,它还具有较高的维护成本。

  8)真实状态未知:这是最致命的。电池组中每个电池的电压、温度、平衡电流等是未知的,客户只能得到测量值,而不能确认。

  因此,这种方法只适用于检查BMS在正常运行范围内的性能,不适用于BMS研发调试和生产测试。

  第二种方法就是基于模拟电池组电源进行检查和验证

  1)高性能软件控制电池模拟器模拟电芯电压,具有一定的输出电流和吸收,模拟放充电过程。

  2)每个温度传感器都由一个高性能可编程电阻器进行模拟。

  3)DAC的模拟电流传感器由高性能程序控制。

  4)数字I/O总线通信模块、DAC、软件控制电源等辅助设备可用于模拟其他功能端口并与BMS通信。该方法基于测试设备的先进计算机技术和硬件平台,可通过应用软件快速调整电池组的工作状态,提高测试的效率和安全性,具有良好的扩展性。一次性投资成本高昂,但总体收益是显而易见的。通过发现不同的BMS,经济效益变得更加明显。特别适用于BMS开发和量产测试。

  测试BMS的关键是高精度模拟电池组。建模方法大致可分为两种类型。

  1)开环建模。直接模拟电池的运行参数,所有数据和修改过程都预先配置。该方法主要用于快速检测BMS的主要功能。主控计算机的性能要求低,软件相对优化,综合成本低。特别适用于BMS开发阶段的功能测试和量产BMS的测试。

  2)闭环建模。一些修改参数和过程是设置的,而另一些则根据被测BMS的反馈自动调整。这种方法很全面,可用于测试各种高级BMS功能。通常,在这种类型的测试系统中插入电池的某种数学模型,输出特性是基于数学模型的实时计算结果,对计算机性能要求高,工作量大,软件开发成本高。但是,如果模型安装准确,仿真结果将更好地匹配实际电池组的性能。它适用于在BMS开发阶段测试复杂功能。

  在开环试验中,主要仿真参数有:

  第一种,直接仿真参数:电池电压——模拟电芯数量根据BMS控制的电芯数量进行调整,每个模拟电芯的输出电压可由程序设置。电压调节范围比实际电池大,例如,我们的锂离子电池模拟设备的输出电压下限仅为0.5V或0V,上限最高可达5V,足以模拟严重的过充和过放,电压误差最高可达1mV。

  电池总电压 – 全电压可以从串联排列的模拟电池中得出,但如果要测试具有独立全电压测量端口的 BMS,则可以直接通过可编程直流电源传输总电压,避免多个元件的累积误差。

  总电池电流 – 大多数 BMS 接收来自外部电流传感器(例如霍尔传感器)的总电流,DAC 可以在模拟测试中模拟电流传感器的输出。这样做的优点是,首先,该软件可以支持大量具有不同特性的传感器,其次,可以避免使用大型直流电源和电子负载来控制电气过程。

  电池温度 – 每个温度传感器都由高精度可编程电阻器模拟。如果我们以应用众多的NTC传感器为例,我公司生产的可编程电阻模块的电阻范围为10Ω~1m,模拟温度范围为-100°C~300°C,分辨率高达0.1°C,远远超过真实传感器的能力,可以精确模拟各种极端工况。避免使用培养箱,还可以单独设置每个传感器的温度值,模拟温度场,模拟传感器短路、开路等故障情况 其他I/O端口,包括DIO、PWM、CAN总线通信等端口。

  第二种,间接仿真参数:调节电流——均衡电流取决于仿真电芯的输出容量,实际值由BMS确定。模拟模块通常用于被动平衡测试,可提供高达300mA的电流。

  电池内部电阻-电池的内阻可以通过改变电池总电流和电压的过程来反映。

  SOC-SOC可以配置单个电压、内阻等,但在许多情况下,开环测试中的SOC仿真需要为被测BMS开发SOC算法。

  为了我们更好的测试,得到更精确的数据,一般需要采用多通道、互隔离的电池仿真器,可以覆盖新能源电池的单体配电电压和多节串联电压。

时间:2023.12.04 来源:吉事励 阅读:250
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