電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)測(cè)試過(guò)程中，開(kāi)發(fā)人員需要在車輛高壓電氣系統(tǒng)中測(cè)量高頻電流和電壓。由于安裝空間有限，測(cè)量設(shè)備的安裝將會(huì)非常困難。本文展示如何在確保高壓安全和不受環(huán)境干擾影響的前提下，在狹窄空間內(nèi)以高采樣率測(cè)量電流和電壓。

背景介紹

在電動(dòng)汽車研發(fā)初期，電驅(qū)系統(tǒng)中的組件和完整的高壓電氣系統(tǒng)都會(huì)在仿真和測(cè)試臺(tái)上進(jìn)行大量的測(cè)試。盡管如此，最真實(shí)可靠的測(cè)試環(huán)境無(wú)疑是進(jìn)行實(shí)車測(cè)試。因此，為了動(dòng)力系統(tǒng)軟硬件的進(jìn)一步升級(jí)優(yōu)化獲得準(zhǔn)確結(jié)果，實(shí)車道路測(cè)試不可或缺。

圖1:在有足夠安裝空間下，HV BM模塊可用于車輛電氣系統(tǒng)中電流、電壓和功率的精確可靠測(cè)量

對(duì)于電驅(qū)系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)架或?qū)嵻嚫邏弘姎庀到y(tǒng)中的電流、電壓和功率測(cè)量，CSM的HV BM模塊是一種相當(dāng)成熟的解決方案。HV BM模塊具有堅(jiān)固的外殼，緊湊且抗干擾能力強(qiáng)，適合在實(shí)車路試中使用。此外，HV BM模塊可實(shí)現(xiàn)高達(dá)2 MS/s的采樣頻率，可同時(shí)測(cè)量高達(dá)2000A和2000V的高頻電流電壓。高壓母線穿過(guò)HV BM模塊外殼，直接連接在高壓絕緣外殼內(nèi)部。由于該方案能夠在內(nèi)部線束（或屏蔽層）中直接測(cè)量，因此可以獲得極其精確的測(cè)量結(jié)果。但是，由于車內(nèi)存在安裝緊密的組件和狹窄的線束通道，車輛中的可用安裝空間可能太小。在這種情況下，必須找到新的解決方案來(lái)完成實(shí)車環(huán)境中電流、電壓和功率的測(cè)量。

挑戰(zhàn)

首先，測(cè)量開(kāi)展的前提是傳感器必須能夠安裝到對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)上。狹窄的線束通道或周圍組件會(huì)限制傳感器可用的測(cè)點(diǎn)安裝空間。因此，面對(duì)這種狹窄空間內(nèi)的信號(hào)測(cè)量，方案要更加緊湊，傳感器布置要可分布性且更加靈活。

圖2:狹窄的高壓線束通道僅為測(cè)量方案提供有限的安裝空間來(lái)測(cè)量高壓線束內(nèi)的電流和電壓

此外，為了獲得非常精確的測(cè)量結(jié)果，避免屏蔽層電流和外部高壓線束的測(cè)量干擾，需要對(duì)高壓母線進(jìn)行直接接線測(cè)量，這樣測(cè)量得到的結(jié)果是實(shí)時(shí)且不受干擾的。為了進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)的測(cè)量頻率需要最高可達(dá)1 MHz（或更高）。與此同時(shí)，測(cè)量方案必須有堅(jiān)固可靠的外殼保護(hù)，一方面確保用戶和設(shè)備的高壓安全，另一方面保護(hù)測(cè)量過(guò)程免受環(huán)境干擾影響。

CSM測(cè)量解決方案

HV BM分體式模塊（HV SAM/HV SBM）用于在非常狹窄的安裝空間內(nèi)測(cè)量電流、電壓和功率。該分體式模塊系列使用與HV BM模塊相同的測(cè)量原理來(lái)進(jìn)行車輛電氣系統(tǒng)的測(cè)量。三種分體式模塊都有各自緊湊的高壓安全外殼，如下圖所示：

由于將原有的HV BM模塊拆分成三個(gè)獨(dú)立的模塊，HV BM分體式模塊（HV SAM/HV SBM）安裝在高壓電源線或高壓母線上所需的空間得以最小化。HV SBM通過(guò)帶環(huán)形端子的格蘭頭或PL300/PL500接頭直接接入高壓線束中測(cè)量電流和流壓。

電流和電壓分體式測(cè)量模塊（HV SBM_I/HV SBM_U）通過(guò)帶有高壓屏蔽層的高壓線束和安全接頭連接到分體式采集模塊（HV SAM），這使得HV SBM可以在狹窄的空間中單獨(dú)使用，并輕松安裝在空間可用的地方。

圖3:HV BM分體式模塊的視圖：HV SBM（通過(guò)PL500接頭或帶環(huán)形端子的格蘭頭進(jìn)行線束連接）和HV SAM（從左到右）。

HV SAM執(zhí)行采樣、AD轉(zhuǎn)換、濾波、在線計(jì)算、數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換和電流隔離等功能。連接到HV SBM的高壓安全線束的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為2米。

與標(biāo)準(zhǔn)HV BM模塊一樣，HV SAM將數(shù)據(jù)通過(guò)EtherCAT?或CAN輸出到上位機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1MHz。通過(guò)EtherCAT?協(xié)議輸出的測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)XCP-Gateway轉(zhuǎn)換為支持XCP-on-Ethernet協(xié)議的報(bào)文并轉(zhuǎn)發(fā)到計(jì)算機(jī)。通過(guò)XCP-Gateway可以輕松集成采集其他附加信號(hào)的測(cè)量模塊。

優(yōu)勢(shì)

HV BM分體式模塊（HV SAM/HV SBM）可實(shí)現(xiàn)在狹窄空間下精確的電流、電壓和功率測(cè)量。該模塊基于成熟的HV BM模塊測(cè)量技術(shù)來(lái)獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果：直接在高壓線束中使用分流電阻進(jìn)行電流測(cè)量，可最大限度地減少外部磁場(chǎng)的影響，而基于磁通量或霍爾效應(yīng)的電流測(cè)量方案則會(huì)受屏蔽層電流和外部磁場(chǎng)影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真。因此該HV BM電流測(cè)量方案幾乎不存在偽信號(hào)、遲滯效應(yīng)、系統(tǒng)相關(guān)噪聲、特性偏移或偏移誤差。

HV BM分體式模塊（HV SAM/HV SBM）外部尺寸幾乎和高壓線束大小相當(dāng)，可以安裝在高壓線束的線路位置。因此，可以對(duì)狹小空間下的高壓用電設(shè)備（例如空調(diào)壓縮機(jī)、熱泵、AD/DC轉(zhuǎn)換器或電子制動(dòng)器等）進(jìn)行測(cè)量。

HV BM分體式模塊（HV SAM/HV SBM）是Vector/CSM E-Mobility測(cè)量系統(tǒng)的一部分，為廣大用戶提供一種分布式、可擴(kuò)展的測(cè)量系統(tǒng)，用于在狹窄的車輛安裝空間中測(cè)量大電流和高電壓，以便后續(xù)使用CANape/vMeasure進(jìn)行電動(dòng)汽車的在線數(shù)據(jù)分析。

注：圖文來(lái)自Vector。