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探究锂离子电池管理系统特性仿真的意义

2020-05-11 304 上传者：管理员

摘要：分析表明，为了保证锂离子电池的使用安全，必须设置相应的充放电管理系统。通过对锂离子电池管理系统的特性仿真进行分析研究，结合相关数据进行深入的探讨。

关键词：
特性仿真
独立电源
电池管理系统
锂离子电池
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锂离子电池是以金属氧化物和石墨为阴阳极，利用非电解质可以反复进行充电的电池，该电池在新能源系统电动汽车等设备当中得到了广泛的应用。但是该电池在大功率系统当中的应用很难进行评估，而且发挥着较为复杂的作用^[1,2,3]。在大功率系统当中的应用还处于测试和研发阶段，要想保证整体系统能够正常运行，需要电源的功率足够大，但在实际中很难达到这一要求^[4,5,6,7,8]。为了保证系统的正常运行，目前利用独立电源对大功率系统进行供电。但供电情况和实际的工作情况相违背，因此对整体系统的仿真特性进行研究和评估，对于大功率系统的应用和发展来讲具有非常重要的意义。

1、直流电源与负载单独工作的方案

直流电源和电子负载本身具有较高的稳定性，同时这两项设备能够对动态数据进行及时的响应精确度也较高。在对双向再生能源系统以及箱用的模块进行。整体性能测试时，会利用直流电源和电子负载为系统进行功能直流电源提供整体的能量，而负载吸收输出的功率。

通过将直流电源和负载进行组合，能够构建一整套的仿真器系统，通过该仿真器系统能够了解被测件的吸收功率以及电子负载的吸收电流。通过对这两项内容进行分析研究，能够了解到在负载模式下，也就是在恒压模式下的工作状态。在该状态下负载的两端电压值会高于电源，形成的差值会使电池内部存在死区时间，在这个时间范围内电池无法正常的进行工作。由此可见，对电池进行管理系统的测试是非常重要的一项内容。

对于锂离子电池来讲，在测试时分两种情况进行考虑。(1)利用电源对负载进行供电，测试负载的吸收电流。(2)直流电源输出截止对负载的吸收电流进行测试，在这种情况下，被测试的负载两端电压会明显上升到一定阶段后，电压值会稳定在较高的电压点上并保持电压不变。一旦出现这种情况，为了保证测试键不会被启动，会在输出端设置反向二极管，根据二极管的工作原理，此时电路会被截止，从而保障被测试件不会被启动。

但这种测试方法也存在一定的缺陷问题。(1)如果环境温度和系统当中的电流值均发生变化，二极管的压降也会发生改变，从而会影响到整体的死区电压值，影响到整体的工作状态。(2)如果想要实现远端感应需要反接二极管，但二极管的反结会使整体电流不稳定，又无法实现远端感应。(3)由于直流电源和电子负载之间存在高阻抗，一旦电压发生变化，需要对其发送不同的指令跟踪器电压的变化，但在实际的工作当中，跟踪难度十分大，无法保证跟踪结果的准确性。(4)电子负载的整体工作状态，会根据实际情况不断发生变化，整体动态性无法控制。

对于整个系统来讲，动态性能和序电压值的变化会影响到系统的稳定性，因此需要利用软件编程对整体进行控制，保证死区电压的变化幅度可控，但是死区电压的变化，属于动态瞬变，很难对其进行有效的控制。

2、直流电源与负载单独工作但完全重合

在实际的测试工作进行时，死区时间会对系统产生一定的影响，为了解决该问题，可以利用直流电源与电子负载工作区间完全重叠的方法。在这种情况下，整个系统处于恒流的工作状态。在电流设置时，将电流设置为某一固定值，而且大于被测件的电流保证被测件，从而固定吸收线的电流和功率。在该系统当中直流电源处于恒压的工作模式，并为整个系统提供稳定的电流，此时直流电源和电子负载之间不必再连接反向二极管，也不会存在交叉问题。而且电压的瞬变等问题，也不会对整体配置产生影响。

这样的仿真器系统能够得到被测件的吸收功率和被测件的供给功率。通过对相关数据进行分析研究后，能够明显的发现，这种仿真系统能够解决电压死区的问题，保证系统的稳定运行。但是在实际的应用过程当中，也会存在一定的问题，由于系统整体都需要有直流电源功能，因此对于直流电源的电压和功率有着较高的要求。

在实际的生产过程当中，对于一些大系统来讲，电子负载在运行的过程当中要消耗大量的电能和全部的功率，因此在设计时必须考虑大电源对系统所产生的影响。另外如果在系统建立之后，对直流电源和电子负载的电流值进行测量和读取，其结果的精确度无法得到保证测量直相对于差值来讲较大，会影响到结果的精确度。

3、APS以及N7909A工作方案

通过前面的分析研究，能够了解到在测量工作当中利用单一的测量系统进行电流的测量工作，能够提高系统整体的测量性也能够降低功率输出配置和吸收的不足，保证整体系统的稳定运行。另外通过这种方式，也能够实现无瞬态突变的功率转换，功率的转换不会对系统造成过大的影响，能够降低功率的损耗。保证测量结果的精确性，保证整体系统的动态性。

在目前主要采用APS和N7909A的工作方案，主要原因有以下几点:(1)对于这两种方案来讲在，选择时有多种型号可供选择，可以根据系统的实际功率要求进行选择，能够保证在有限的空间内提供最大的功率。(2)在这两种方案当中，电压的输出范围较大，能够满足被测件的应用。而且较宽泛的电压范围也为测试提供了多种选择，灵活性更强。(3)对于该方案来讲，在供给能量进行测试时能够对瞬态测量进行实时的记录。(4)由于其系统的模块化结构能够拓展更多的功能，可以使输出功率高达10kW。

在实际的测试工作进行时，通过二者相结合的方案能够使功率吸收高达百分之百。在对整体充电放电的低压电流进行能量的测试时，能够准确地对其参数状态进行测量和记录。

通过分析研究表明，相对于单一的电源电子负载，综合后的方案电压性能更加稳定，电压的分辨率得到了有效的提高，能够对电压、电流、功率等相关参数进行准确的测量和记录。同时还能够自由地进行供给和吸收的交换，避免了单独使用需要独立进行管理和吸收的工作。另外，对于单一的电源电子负载来讲，在实际的工作当中，要想达到该方案的配合效果，还需要在外围增添电路，这样不仅会使电路更加复杂，对于日后的维修和养护工作也带来了更多的难度，日后的工作当中也可能会出现更多的问题。

4、结语

对于目前的锂离子电池来讲，主要应用在混合动力电动汽车代替能源电源等双向系统和设备当中。这些系统和设备的工作功率都小于千瓦，因此对于锂离子电池来说，给千瓦级或更大功率的设备，进行供能很难实现。一般通过直流电源以及电子负载进行供电，能够满足这一要求，但是利用这样的方式存在一定的问题，会影响到整体运行的稳定性，本文对APS以及N7909A工作方案进行分析研究，通过这两个工作方案能够保证离子电池的供电和吸收电。能够解决独立充电和独立供电的问题，而且能够使电流的供电范围达到10kW。

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