基于TL431的电动汽车多节串联锂电池模拟器.doc
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1、基于TL431的电动汽车多节串联锂电池模拟器在电动汽车BMS(电池管理系统)检验中,需要制作105节的串联锂离子电池模拟器,用于测试BMS对每节电池电压的测量准确度,使用6位半电压表的读数与BMS的测量值进行对比,以评估BMS电池电压测量的准确性。要求模拟器:模拟的每节电压都独立可调,调节范围为2.54.5V;电压稳定度在2mV以内;输出电流满足BMS测量前端的要求即可,不需要考虑模拟电池的充电功能和均衡功能。由于电池是串联结构,所以通常的做法是采用105个独立的直流电源,把它们首尾相联地串起来完成,方法有2个:市电经过隔离式AC-DC得到12V直流,然后给多个隔离式DC-DC(12V转5V)
2、供电,5V电压再经过可调稳压器,得到模拟的电池电压输出,它们首尾串联,如图1所示;采用多个变压器,每个变压器有多个副边绕组,每个绕组模拟一节电池。副边绕组输出电压经整流、滤波、可调稳压后,其正负输出相串联,如图2所示(图中只画了1个变压器),得到各个模拟值。图1多个DC-DC串联图1的工作方式,需要105个隔离式开关DCDC,体积大、成本高,同时DC-DC的噪声在几十毫伏以上,不能满足测量要求。图2的工作方式,需要订做几十个变压器,订做周期长,体积大。为解决上述问题,本文作者设计制作了一套模拟器。图2多个变压器的直流输出串联1、模拟器工作原理本模拟器由工作电源单元、恒流源单元和电池电压模拟单元
3、3部分组成,工作原理如图3所示。图中,SW-SPST表示单刀单掷开关,用以模拟断线故障;T1(Trans)表示电源变压器;WR1、WR2都是可变电阻;Bridge表示二极管整流全桥;FUSE表示熔断器。变压器T1的输出电压经整流滤波后产生直流高压,各路TL431电路相串联,调整每路的多圈电位器即可改变相应的电压输出(输出范围:2.54.5V),同时可使之稳定在0.2mV以内。这里TL431相当于一个可调基准源,稳压管用来保护TL431。25mA恒流源与模拟的电池串联,为之提供工作电流。由于TL431的维持电流最大将近100mA,所以图3中的恒流源可以选择为25mA。图3模拟器原理图针对电动汽车BMS测试具体需求,本文作者在电池电压模拟部分的设计采用了基于应用TL431的方案。2、恒流源设计模拟器中用恒流源给TL431提供恒定的工作电流,以避免电源波动对输出精度的影响。本设计中的恒流源主要有2个作用。1)吸收220V交流电压的波动。由于电源电压有+10%-15%的波动,TL431也在变动,所以在恒流源上要承受将近几百伏的波动而仍要保持回路电流恒定。如果不用恒流源而按照通常加限流电阻的方法,限流电阻上的电流会在很大的范围里波动,电阻的阻值甚至无法选择,而实际上固定电阻不能满足要求。
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