在電動(dòng)汽車BMS（電池管理系統(tǒng)）檢驗(yàn)中，需要制作105節(jié)的串聯(lián)鋰離子電池模擬器，用于測試BMS對(duì)每節(jié)電池電壓的測量準(zhǔn)確度，使用6位半電壓表的讀數(shù)與BMS的測量值進(jìn)行對(duì)比，以評(píng)估BMS電池電壓測量的準(zhǔn)確性。要求模擬器：①模擬的每節(jié)電壓都獨(dú)立可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍為2.5～4.5V；②電壓穩(wěn)定度在2mV以內(nèi)；③輸出電流滿足BMS測量前端的要求即可，不需要考慮模擬電池的充電功能和均衡功能。

　　由于電池是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所以通常的做法是采用105個(gè)獨(dú)立的直流電源，把它們首尾相聯(lián)地串起來完成，方法有2個(gè)：①市電經(jīng)過隔離式AC-DC得到12V直流，然后給多個(gè)隔離式DC-DC（12V轉(zhuǎn)5V）供電，5V電壓再經(jīng)過可調(diào)穩(wěn)壓器，得到模擬的電池電壓輸出，它們首尾串聯(lián)，如圖1所示；②采用多個(gè)變壓器，每個(gè)變壓器有多個(gè)副邊繞組，每個(gè)繞組模擬一節(jié)電池。副邊繞組輸出電壓經(jīng)整流、濾波、可調(diào)穩(wěn)壓后，其正負(fù)輸出相串聯(lián)，如圖2所示（圖中只畫了1個(gè)變壓器），得到各個(gè)模擬值。

　　圖1多個(gè)DC-DC串聯(lián)

　　圖1的工作方式，需要105個(gè)隔離式開關(guān)DCDC，體積大、成本高，同時(shí)DC-DC的噪聲在幾十毫伏以上，不能滿足測量要求。圖2的工作方式，需要訂做幾十個(gè)變壓器，訂做周期長，體積大。為解決上述問題，本文作者設(shè)計(jì)制作了一套模擬器。

　　圖2多個(gè)變壓器的直流輸出串聯(lián)

　　1、模擬器工作原理

　　本模擬器由工作電源單元、恒流源單元和電池電壓模擬單元3部分組成，工作原理如圖3所示。圖中，SW-SPST表示單刀單擲開關(guān)，用以模擬斷線故障；T1（Trans）表示電源變壓器；WR1、WR2都是可變電阻；Bridge表示二極管整流全橋；FUSE表示熔斷器。變壓器T1的輸出電壓經(jīng)整流濾波后產(chǎn)生直流高壓，各路TL431電路相串聯(lián)，調(diào)整每路的多圈電位器即可改變相應(yīng)的電壓輸出（輸出范圍：2.5～4.5V），同時(shí)可使之穩(wěn)定在0.2mV以內(nèi)。這里TL431相當(dāng)于一個(gè)可調(diào)基準(zhǔn)源，穩(wěn)壓管用來保護(hù)TL431。25mA恒流源與模擬的電池串聯(lián)，為之提供工作電流。由于TL431的維持電流最大將近100mA，所以圖3中的恒流源可以選擇為25mA。

　　圖3模擬器原理圖

　　針對(duì)電動(dòng)汽車BMS測試具體需求，本文作者在電池電壓模擬部分的設(shè)計(jì)采用了基于應(yīng)用TL431的方案。

　　2、恒流源設(shè)計(jì)

　　模擬器中用恒流源給TL431提供恒定的工作電流，以避免電源波動(dòng)對(duì)輸出精度的影響。本設(shè)計(jì)中的恒流源主要有2個(gè)作用。

　　1）“吸收”220V交流電壓的波動(dòng)。由于電源電壓有+10%～-15%的波動(dòng)，TL431也在變動(dòng)，所以在恒流源上要承受將近幾百伏的波動(dòng)而仍要保持回路電流恒定。如果不用恒流源而按照通常加限流電阻的方法，限流電阻上的電流會(huì)在很大的范圍里波動(dòng)，電阻的阻值甚至無法選擇，而實(shí)際上固定電阻不能滿足要求。