要求BMS采集电池的电压精度;无论是自检还是客户验收,我们都需要一个相对准确的基准源来检测我们的硬件精度,并验证它是否满足要求。如果我们使用电池作为基准源,首先,调整电压很麻烦,其次,电池的电压会逐渐变化,第三,这是不安全的。我们在测试时需要格外小心。
因此,有一个电池模拟器。最基本的功能是人工设置目标电压值,精度稳定,具有一定的负载能力,满足测量要求(如下图中常见的国外电池模拟器)。
我还记得刚开始工作的时候,跟着师傅做的第一块板子就是电池模拟器工装,当时做的功能比较简单,直接一个DA输出。
但是现在市场上有很多成熟的产品,可以满足各种测试需求,测试系统框架如下图所示(图片来自NGI官网):
事实上,我们更多地使用电池模拟器来模拟电池电压和温度。模拟平衡和故障模拟等功能(下图来自ETAS官方网站),以及其他模拟真实电池的充放电过程,我实际上觉得不太可靠。
下面分析选择电池模拟器的几个关键要求。
1.模拟电芯电压。
这是最重要的要求,首先要决定电压模拟通道需要多少路,一般产品都在12路以上,这是根据产品需求提出的。
通道之间相互电气隔离,如果要串联,则需要通过外部的线束连接。
电压模拟的原理如下图所示。通过DA芯片设置输出目标电压,然后通过AD芯片从反馈端收集输入电压,形成闭环系统,实时调整输出电压,提供输出精度;因此,压输出有四条线:两条输出线和两条采样线。
至于电压精度,其实这也和AFE有关。对于同一个电池模拟器,从两个制造商的AFE中收集的结果可能是偏差超过1mV。除了这些干扰因素,我认为精度应该低于1mV,以满足一般需求(尤其是生产线生产时)。
通用厂家会给出其精度参数如下图(来自NGI官网),主要根据设定分辨率和设定精度这两个参数来选择合适的产品。
2.模拟温度。
温度模拟更常用。电阻阵列是一种更有效的方案,如下图所示;我们根据实际NTC电阻表,确定所需的电阻电阻范围。
模拟器在每个电阻档位上设置四个电阻,电阻值为1.2.4.8倍,然后根据这四个电阻的拼凑,可以进一步获得该档位中的任何电阻值;这样,我们可以通过拼凑不同的齿轮来获得我们想要的任何电阻值。
下图中的电阻范围可以满足我们的实际需求。
应用中需要注意的是,BMS中的每个温度采样通道应配备单独的温度模拟电阻,不能在不同通道之间共享,否则会导致内部分压和采集偏差。
3.模拟均衡。
电池模拟器还需要具备一定的输出能力,包括拉电流填充电流(下图来自网络),用于模拟电池平衡功能。
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如果一个模拟器同时并联使用多个AFE,则应选择更大的模拟器输出能力,基本上约为几个安培;如果所选输出电流太小,在测试过程中会出现各种奇怪的问题。
总结:
有人质疑:如果我用电池模拟器测试BMS,得出BMS精度符合要求的结论,这个结论能否说明BMS在测试真实电池时精度也符合要求?这是个好问题。事实胜于雄辩,留给大家去验证。