【经验】电源系统APS解决电池模拟测试的电流输出和吸收无缝转换、电池内阻模拟和UVP、电压瞬态响应问题

时间： 2020-08-04 来源：Keysight

技术问答

APS (Advanced Power System)

KEYSIGHT是德科技新一代电源系统，是最高水平的多功能程控电源，同时配置了强大的分析能力。功率范围从1KW-20KW 单机，通过并机可扩展至400KW。

电池模拟 (BSS)

开发动力电池管理电路（BMU）工程师的必备，用于BMU开发和测试过程中电池的仿真。

锂电池的最基本单元叫做电芯（Cell），常见的有软包电芯、圆柱电芯和方形铝壳电芯，3.7V是锂离子电芯的标称电压，容量则是正常电压区电压范围内的电量总和。将多个电芯通过串、并联组合成电池模组，多个电池模组最后组合成高电压等级、高容量的电池包，如Tesla的电池包就是有7000多个18650（新电池包采用21700）圆柱型电芯组合而成。国内电动汽车主流采用单体容量更大的铝壳方形电芯组成。

电池管理电路（BMS）管理着电芯和电池的工作状态，包括充、放电、温度、工作电压等等，让电池工作在安全的区域，确保在不同环境和工作场景中充分利用电池的能量，延长电池使用寿命，避免电池的损坏和安全隐患。

因此，BMS设计和性能品质对电池组来说是至关重要的。然而BMS的设计和测试绝非普通的电源管理(PMS)那么简单。因为BMU的一边是如同黑匣子一般的电池，另一边是复杂的用电负载和充电设备。让我们先深入这个黑匣子看看究竟。

1.电池的电压等级和标称容量

这是所有电池厂家可以提供给BMS开发工程师的最基本的参数。如下图所示

但对于BMS研发和工程师来说，电池厂家给出的这两个简单的参数够用吗？！！！

2.电池内阻：关于这个问题，我想多唠叨几句

电池内阻是电池内部等效串联电阻Rs，通常称为电池交流内阻（ACR），或直流内阻（DCR）

需要提醒的是：电池的内阻和一般意义上的物理电阻不同。电池内阻可分为极化内阻和欧姆内阻，欧姆内阻于电流随线性变化，而极化内阻主要取决于电极材料，电解液，隔膜等，这会导致电池在充、放电过程中的端电压呈现出较为复杂的变化状态。

如下图所示，我们利用APS电源拉载脉冲电流，同时利用其200KSa/s（18bit）高速采样能力监测电池的端电压，可以看到其变化呈现3个不同阶段。

还要特别注意的是，SoC及温度对电池的内阻影响极大。例如一种电芯，从常温25℃、Soc为100%时的内阻，相比于低温-20℃、SoC为10%，内阻值可以相差55倍！

电池内阻直接限制了电池的快充和大电流放电，进而会影响实际放电容量。（注意：电池内阻不仅仅是电芯的内阻，还应包括电池保护/管理电路的引线，电池到电路输入端的引线电阻）。

因此，在测试BMS的时候，必须对在不同工作场景下电池的内阻做最充分的考虑！

3电池容量分布

——单位容量对应的电压区间大小，或单位电压区间对应的容量大小

如上图所示，假设A、B、C、D四个电芯标称容量相同，而且当前开路电压也都相同，但想一想，当前电量也相同吗？电量分布对电池特性有何影响，有多大的影响？针对以上这4种特性的电池，哪一种不适合快充、哪一种不适合快放呢？结合上述提到的知识，应该不难得出结论吧！

这些搞清楚了，就可以帮助工程师更好设计和测试BMS了。但BMS测试时，有不少的工程师通常直接连上锂电池组进行测试。但锂电池是一种化学能源，本身不可控，很难让它处于测试要求的工作状态，也缺乏必要的保护，导致工程师的测试工作举步维艰，费时费力，不得不彻夜加班，疲惫不堪！

1)动力电池容量大，改变电池的电压，必须对其进行完整的充、放电，费时费力费钱。

2)在进行过压、欠压、过流、高温等测试时，尚未确保工作性能的电池管理电路，可能会导致电池使用的安全隐患和危险。

利用电池模拟系统（BSS）来替代电池进行BMS、PCS，OBC等电源转换模块的功能和性能验证是科学的选择。有用电源+负载组合构建BSS方案，也有用双向电源构建的。既然是模拟电池，就需要BSS特性在关键性能上最接近于真实电池。对此，我们给出以下3个重要提示：

提示1：电流输出和吸收无缝转换

理想的电池一个恒压源，而且在输出电流和吸收电流转换时是无缝，即电池电压不会因为电流的正负变化而突变，如上图所示。但如果采用独立的电源+负载组合的BSS，模拟电池恒压源特性，电源和负载工作于恒压CV模式下，且电子负载电压要稍高于电源。

同时为了防止电源电流反灌损坏，必须在电源的输出端串联一个阻塞二极管。如下图所示，该电池模拟器在电流正、负切换时，就会造成电池电压的突变。

因此，利用双向无缝切换能力的APS来仿真电池，就可以避免这个问题。

提示2：电池内阻模拟和UVP（欠压保护）

前面我们提到，电池内阻对电池的充电，放电时的端电压影响巨大，尤其针对电池快充和高倍率放电等性能的验证。同时，电池的电压必须时刻工作于电池的正常工作电压区，当电压进入到电压预警区时，电池模拟器应该切断电池的供电。

过压保护OVP是测试电源标配的功能，但APS同时提供独特的欠压保护UVP功能，可以很好的起到电压低于预警的保护。另外，OVP和UVP保护响应时间也是非常重要的性能，例如APS的电压保护的典型响应时间小于30uS。

下图为APS电脑端程控软件BV9200，使用ARB任意波形分别施加10A，-10A，0A三个中幅值电流时，APS电源模拟48V电池，内阻0.1Ω时，电压和电流变化。

提示3：电压瞬态响应

瞬态响应是指电源在负载电流突变时，电压跌落和过冲的波形特征，评价指标有响应时间为电压恢复到输出值的持续时间，和过冲幅度百分比或绝对电压值。

锂电池的瞬态响应时间几乎接近0，任何直流电源的瞬态响应速度都不可能优于锂电池。如下图所示，上述RP7946A模拟的48V电池，在电流0-20A变化时，电压波动极小（0.5V/48V,约1%）

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Keysight（是德科技）电源产品选型指南（中文）

目录- BenchVue软件电源产品系统直流电源和台式直流电源直流电源输出电压和电流一览表直流电源直流电子负载交流电源专用电源产品已停产的直流电源及其替代产品

型号- B2911B,B2911A,N8926A,U8000,N5742A,N5766A,6632B,6644A,BV0003B,N6977A,N6735B,N6953A,6800C 系列,N5743A,N5767A,N1275A,6621A,6633B,6645A,N6780 系列,EL30000系列,N6976A,N6746B,B1506A,N6952A,N6734B,U8031A,N8948A,N5744A,N5768A,N1274A,E4361A,N3300A,6622A,6634B,66332A,N8924A,66102A,6600 系列,B1505A,N6701C,66000,N8949A,N8925A,N8937A,6624A,N5745A,N5769A,E4360A,6611C,N3301A,N1273A,6623A,B2901BL,N6700C,66101A,U8000 系列,N6736B,N6954A,E36100A 系列,N6700A,E5263A,6625A,6612C,N5746A,N3302A,N1272A,66104A,N1260A,U8032A,66321D,66321B,B2902B,B2902A,6626A,N5747A,N3303A,6613C,PA2203A,66103A,BV0012B,N1271A,N6702C,6060 系列,6060B,N6705C,B2901B,N8928A,6800B 系列,N7900 系列,B2901A,6627A,EL30000,N3304A,6614C,N5748A,6600,E4360,66106A,N6783A-BAT,N8929A,B2900A,B2912B,E5262A,6628A,B2912A,N3305A,N5749A,66311B,PV8922A,66105A,U8001A,E4368A,N3306A,E4356A,N5700,6672A,B1511B,6684A,PV8921A,RP7935A,CX3322A,BV9210B,RP7945A,RP7933A,B2962A,N8900 系列,N3307A,E4367A,RP7900 系列,N6900,B1510A,6673A,PV8932A,B2960,RP7946A,6620 系列,B2961B,B2961A,RP7932A,6674A,AC6906L,AC6918L,PV8931A,U2723A,U8002A,RP7943A,RP7931A,6675A,B1520A,6651A,PA2201A,U2722A,BV9201B,AC6900,N8760A,6652A,B2900A 系列,E36232A,AC6906H,66300,AC6918H,N6700,N8761A,6653A,E4362A,B1514A,6641A,E36231A,BV9211B,B2960系列,EDU36311A,N3300,B1513C,6654A,6642A,E36234A,N7900,CX3324A,667X,U2720,CX3300A,BV9200B,669X,E36200 系列,66000 系列,B1500A,6643A,B1512A,E36233A,6655A,6631B,AC6903L,668X,RP7936A,E36100B,AC6903H,E36100A,RP7962A,AC6804A,PV8900 系列,AC6804B,N8740A,E36103A,E36103B,N6791A,AC6912L,AC6912H,RP7973A,RP7961A,6035A,66309B,E36102B,E36102A,66309D,N8741A,AC6802B,RP7972A,AC6802A,E3600 系列,E36311A,N8762A,B2960 系列,E36105B,N6781A,E36105A,6690A,E3641A,RP7983A,N3300 系列,AC6803A,AC6803B,N8900,E36104B,E36104A,N6792A,E3640A,6691A,AC6800A,N6790,AC6800B,N6783A-MFG,RP7942A,E3600,6038A,N6900 系列,E36313A,6692A,N6783A,N8756A,6680A,N8732A,PV8900,N8950A,RP7941A,AC6801A,AC6801B,N6780,RP7953A,E36312A,N6782A,E36106B,E36106A,AC6900 系列,N8757A,6681A,N8733A,N8951A,RP7952A,N7971A,6682A,N6785A,N6773A,N6761A,N8754A,N8742A,RP7963A,RP7951A,N7970A,N8700,6683A,6671A,N6784A,N8755A,N8731A,N5770A,6629A,N7973A,E3647A,N6775A,N6763A,N8736A,N6751A,N8954A,N8930A,E36300 系列,E36340,6063B,E5260A,N5771A,N1259A,6812B,N7972A,E36100,E3646A,6811C,6811B,E36100 系列,N6786A,N8737A,N6774A,N6762A,N8943A,AC6800A 系列,N8955A,N8931A,E3634A,N5772A,N1258A,6813C,6813B,N7951A,6800C,E3649A,E36100B系列,6812C,6800B,AC6800B 系列,N6753A,N8758A,N6741B,N8734A,N6971A,N8952A,N6777A,N8940A,N6765A,EL30000 系列,E5270B,N5761A,N7950A,N7974A,N8700 系列,E3648A,N8759A,N6764A,N6752A,N6970A,N8735A,N8941A,N6776A,RP7982A,6030A,N5750A,N7953A,N7977A,N5762A,N1268A,N8934A,N6743B,N6731B,N8946A,N6973A,E36100B 系列,E3643A,E3631A,N6755A,14585A,CX3300A 系列,6031A,N7976A,N5763A,N5751A,E36300,N7952A,N1267A,N6972A,N8923A,N6790 系列,N8935A,N6742B,E3630A,E3642A,N6766A,N6754A,N5700 系列,N8738A,6032A,6030 系列,N5752A,N5764A,RP7900,B2910BL,N1266A,N6951A,N8932A,N8944A,N8920A,E3645A,N6745B,E3633A,N6733B,N8739A,6033A,N7954A,N5741A,N5765A,66319B,N1265A,N6950A,N8945A,N6732B,N8957A,N8921A,E3632A,E3620A,N6756A,N6974A,E3644A,N6744B,66319D

选型指南 - KEYSIGHT - 2021年11月16日 PDF 中文下载

ISO16750汽车供电环境模拟的经济型方案——是德科技升级选件可将电压变化速度提升约20倍

在研发实验室中，使用高性能电源来产生这些波形，例如KEYSIGHT的APS先进电源系统，对产品进行初步的性能验证，是工程师常用的手段。但高性能电源的成本还是较高。为此，KEYSIGHT在E36150系列60V/800W台式电源上，加入了E36150A-ATM选件，将电压变化速度提升了约20倍，可以满足绝大部分12V和48V供电系统汽车零部件ISO16750 相关供电标准测试要求。

产品发布时间 : 2024-04-20

是德科技400GE网络安全测试平台助力Fortinet验证针对超大规模DDoS攻击的防御能力

是德科技日前宣布，Keysight APS-M8400 网络安全测试平台助力 Fortinet 验证 FortiGate 4800F 新一代防火墙（NGFW）防御超大规模分布式拒绝服务（DDoS）攻击的能力和电信级性能。APS-M8400 是是德科技推出的一款高密度 8 端口 400GE 四通道小型化可插拔双密度（QSFP-DD）网络安全测试平台。

原厂动态发布时间 : 2024-02-22

Keysight（是德科技）电源产品选型指南（英文）

目录- BenchVue Software Power Supply Product overview System and Benchtop DC Power Supply DC Voltage and Current List DC Power Supply DC Electronic Load AC Single-Phase Power Sources Specific Power Products DC Power Supply Discontinuance and Replacement Products Modular Power System

型号- B2911A,N8926A,U8000,N5742A,N5766A,6632B,6644A,E3620-31A,BV0003B,N5741A-52A,N6735B,N6977A,N6953A,N5761A-72A,N5743A,N5767A,N1275A,6621A,6633B,B2961A-62A,6645A,N6976A,N6746B,B1506A,N6734B,N6952A,U8031A,N8948A,N5744A,N5768A,N1274A,E4361A,N3300A,6622A,6634B,N8924A,66332A,RP7931A-36A,66102A,B1505A,N6773A-77A,N6701C,66000,N6950A-52A,DG8901A,N8949A,N8925A,N8937A,6624A,N5745A,N5769A,E4360A,6611C,N3301A,N1273A,6623A,N6700C,66101A,N6781A-86A,N6736B,N6954A,E5263A,N6731B-46B,N6785A-86A,6625A,6612C,N5746A,N3302A,N1272A,N7973A-77A,66104A,N1260A,U8032A,66321D,N6781A-84A,66321B,B2902A,6626A,N5747A,N3303A,6613C,PA2203A,66103A,BV0012B,N1271A,N6702C,6060B,N6705C,N8928A,E3632A-34A,B2901A,6627A,N3304A,6614C,N5748A,6600,E4360,N6785-86A,66106A,N6783A-BAT,N8929A,B2900A,E5262A,N6781A-82A,6628A,B2912A,N3305A,N5749A,N8957APV,N7953A-54A,66311B,66105A,N6707C,U8001A,RP7934A,E4368A,N3306A,E4356A,N5700,6672A,B1511B,6684A,RP7935A,661X,N8920A-57A,RP7945A,RP7933A,B2962A,N6953A-54A,N3307A,E3630A-31A,E4367A,E5262/63,N6900,B1510A,6673A,RP7946A,N7950A-52A,B2961A,RP7932A,U8031A-32A,663X,U2723A,N8900APV,E36311A-13A,E3620A-30A,U8002A,RP7943A,RP7931A,N7970A-72A,6675A,B1520A,6651A,PA2201A,664X,N6784A-86A,E36311A-12A,U2722A,N8760A,6652A,665X,66300,N6700,N6970A-72A,N6705,N8761A,6653A,E3640A-45A,E4362A,B1514A,6641A,N3300,B1513C,6654A,6642A,N6973A-77A,B1525A,N7900,U2720,RP7951A-53A,B1500A,6643A,B1512A,N8771A,6655A,6631B,RP7936A,E36100B,RP7961A-63A,RP7962A,AC6804A,AC6804B,B1506A-H71,N8740A,E36103A,N8754-62A,E36103B,N6791A,RP7961A,6035A,66309B,N8731A-42A,E36102B,E36102A,N6790A,66309D,N8741A,AC6802B,AC6802A,E36311A,N8762A,E5260/70,E36105B,N6781A,E36105A,6690A,E3641A,RP7941A-46A,AC6803A,AC6803B,N8900,E36104B,E36104A,N6792A,E3640A,6691A,N6790,AC6800B,N6783A-MFG,RP7942A,E3600,6038A,E36313A,6692A,N6783A,N8756A,6680A,N8732A,N8950A,RP7941A,AC6801A,AC6801B,N6780,E3646A-49A,RP7953A,B1506A-H21,E36312A,N6782A,B1530A,E36106B,B1542A,E36106A,N8757A,6681A,N8733A,N8951A,RP7952A,N7971A,B1506A-H51,6682A,N6785A,N6773A,N6761A,N8754A,N8742A,RP7963A,U8001A-02A,RP7951A,N7970A,N8700,6683A,6671A,N6784A,N8755A,N8731A,E4361A-62A,N8754A-62A,N5770A,6629A,N6751A-52A,N7973A,E3647A,N6775A,N6763A,N8736A,N6751A,N8954A,N8930A,14565B,6063B,E5260A,N6761A-62A,N5771A,N1259A,6812B,N7972A,E36100,E3646A,6811C,6811B,N8737A,N6786A,N6774A,N6762A,N8943A,N8955A,N8931A,E3634A,N6731B-36B,E36102B-06B,N5772A,N6751A-66A,N1258A,6813C,6813B,N7951A,6800C,E3649A,6812C,6800B,N6753A,N8758A,N6741B,N8734A,N6971A,N8952A,N6777A,N6765A,N8940A,N6741B-46B,E5270B,N5761A,N6753A-56A,N7950A,N7974A,E3648A,N6764A,N8759A,N6752A,N6970A,N8735A,N8941A,N6776A,6030A,N5750A,N7953A,N7977A,N5762A,N8937APV,66309B-32A,N1268A,N6763A-66A,N6743B,N8934A,N6731B,N6973A,N8946A,E3643A,E3631A,N6755A,14585A,6031A,N7976A,N5763A,N5751A,E36300,N7952A,N1267A,N6972A,N8923A,N6742B,N8935A,E3630A,E3642A,N6766A,N6754A,N8738A,6032A,N5752A,N5764A,RP7900,N1266A,N6951A,N8932A,N8944A,N8920A,E3645A,N6745B,E3633A,N6733B,N8739A,6033A,N7954A,N5741A,N5765A,66319B,N1265A,N6732B,N6950A,N8945A,N8957A,N8921A,E3632A,E3620A,N6756A,N6974A,E3644A,N6744B,66319D

选型指南 - KEYSIGHT - March 2019 PDF 英文下载

是德科技提供独特的动态电流的长时间记录技术——智能产品低功耗分析的关键

是德科技的N6705C 直流电源分析仪中的N6781A 源表模块，采用了独特的长时间数据记录功能(Data Logging)。这个技术，在启动电流无缝量程测试时，保持最高200KSa/s采样速率，并按照设定的采样周期（Sample period），对采样周期内的采样点进行实时运算处理，提取出最大值、最小值和平均值，再将处理后的数据绘制成趋势图输出。

原厂动态发布时间 : 2024-02-22

【应用】新型8x400GE应用和安全测试设备APS-M8400可在不影响安全性或可用性的前提下支持超大规模负载

Keysight （是德科技）的新型APS-M8400 8x400GE应用和网络安全测试设备通过提供400GE平台解决了这一挑战性问题，该平台提供计算和FPGA资源的灵活聚合，使用一个或多个400GE测试接口来优化任何模拟工作负载的性能和可扩展性需求。

应用方案发布时间 : 2023-07-13

是德科技APS系列先进电流传感器，单机最大电流达800A，助力工程师精密测量电流

是德科技APS系列先进电源系统，单机最大电流达800A，0.04%的读数精度，内置任意波形可输出正弦波、方波、扫频等各种波形，同时200Ksa/s、18比特高精度采样的测量能量，成为越来越多毫欧、等大电流、低电阻测试的首选。

原厂动态发布时间 : 2022-08-05

Keysight 400GE Network Cybersecurity Test Platform Validates Fortinet’s Hyperscale DDoS Defense Capabilities

Keysight Technologies, Inc. announces that Fortinet chose the Keysight APS-M8400 network cybersecurity test platform to validate the hyperscale distributed denial of service (DDoS) defense capabilities and carrier-grade performance of its FortiGate 4800F next generation firewall (NGFW). The APS-M8400 is the industry‘s first and highest density 8-port 400GE Quad Small Form Factor Pluggable Double Density (QSFP-DD) network security test platform.

原厂动态发布时间 : 2023-12-16

RP7900 Series Regenerative Power System

型号- RP7952A,RP7984A,RP7962A,RP7972A,BV9201B,RP7982A,RP7932A,1CP120A ¹,RP7942A,1CP108A ¹,RP794X,RP796X,RP7900,N7900,RP7935A,RP7941A,RP7963A,BV9210B,RP7951A,RP7973A,RP7961A,RP7983A,BV9200B,RP7900 SERIES,RP7945A,RP7933A,SD1000A,RP7943A,RP7931A,RP7953A,N6700,RP793X,RP795X,RP797X,N6705,RP798,RP7936A,RP7946A,RP7908A

数据手册 - KEYSIGHT - December 11, 2021 PDF 英文下载查看更多版本