新能源汽車供電適應(yīng)性設(shè)計和改進(jìn)方法

無論是新能源還是傳統(tǒng)的汽車，在啟動、行駛過程中，由于復(fù)雜的工況，會導(dǎo)致供電母線上電壓劇烈的波動。這就給眾多的車載控制和用電設(shè)備的安全、可靠性帶來巨大隱患。因此，車載的用電設(shè)備，無論是動力還是控制，必須具備足夠的供電適應(yīng)能力。

供電適應(yīng)性相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系

汽車行業(yè)的開發(fā)和設(shè)計工程師，都會了解ISO16750，7637等汽車零部件電氣特性和安全測試規(guī)范。ISO在出臺標(biāo)準(zhǔn)時，涉及企業(yè)和組織的數(shù)量眾多，定義的測試要求相對比較低。有些國家、地區(qū)和企業(yè)聯(lián)盟，在此基礎(chǔ)上，制訂了更高要求的區(qū)域或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如JASO D001-94(日本汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))，SAE J1113-2(美國汽車工程師學(xué)會)，VW80000/LV124/LV148(大眾汽車)，F(xiàn)ord FMC 1278(福特汽車)。

波形的定義

與此相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，核心是電壓波形定義和測評實(shí)施要求，以及波形對應(yīng)的真實(shí)環(huán)境。例如下圖的瞬態(tài)跌落電壓、拋負(fù)載波形。

瞬間跌落波形

解釋：模擬電路短路瞬間，出現(xiàn)意外高短路電流，母線電壓快速跌落，大電流熔斷器或斷路器熔斷，之后電壓又恢復(fù)正常。電壓跌落持續(xù)時間很短(少于100ms)。瞬態(tài)電壓跌落會對周圍的用電設(shè)備產(chǎn)生短時供電中斷。

目的：模擬在電壓瞬間跌落過程中，其他電路功能是否符合設(shè)計。

測試評價標(biāo)準(zhǔn)：等級B，或更嚴(yán)格的等級A。

設(shè)計和改進(jìn)方法：

1.增大電壓輸入端的儲能電容，滿足在跌落期間控制器的用電需求。

2.增加輔助的boost電路，在電壓跌落到某一電壓時，啟動boost電路，維持正常電壓。

拋負(fù)載波形

解釋：啟動馬達(dá)或大電流用電設(shè)備，在開啟或關(guān)閉電源的瞬間，電壓在短時間內(nèi)突然發(fā)生不正常陡升現(xiàn)象。12V系統(tǒng)中電壓尖峰可能高達(dá)100V，24V系統(tǒng)甚至高達(dá)200V，持續(xù)400mS左右恢復(fù)到正常。車載電子產(chǎn)品，特別是微電子組件極容易被電壓陡升陡降破壞。

目的：模擬拋負(fù)載工況下功能是否符合設(shè)計。

測試評價標(biāo)準(zhǔn)：等級C。

設(shè)計和改進(jìn)方法：使用TVS瞬態(tài)抑制保護(hù)電路，將電壓限制在相對較低的范圍內(nèi)，如12V系統(tǒng)，尖峰電壓限制在35V以內(nèi)，24V系統(tǒng)限制在60V以內(nèi)。

測試評價標(biāo)準(zhǔn)等級的定義

在實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)中定義的電壓波形驅(qū)動時，被測對象可能會造成性能、功能上的差異，甚至損壞。電壓波動的影響可以分為兩個階段，即異常電壓期間和電壓恢復(fù)正常之后;再根據(jù)造成的影響程度，可依次劃分為不受影響、性能下降、自動重啟、人為重啟和物理損壞五個等級，通常用英文字母ABCDE表示。

等級在施加騷擾期間在施加騷擾之后

一級/A能執(zhí)行其預(yù)先設(shè)計的所有功能

二級/B有一項(xiàng)或多項(xiàng)指標(biāo)超出規(guī)定的偏差自動恢復(fù)到正常工作范圍內(nèi)

三級/C不執(zhí)行其預(yù)先設(shè)計的一項(xiàng)或多項(xiàng)功能能自動恢復(fù)到正常操作狀態(tài)

四級/D不執(zhí)行其預(yù)先設(shè)計的一項(xiàng)或多項(xiàng)功能需要通過簡單的“操作或使用”復(fù)位動作，才能自動恢復(fù)到正常操作狀態(tài)

五級/E不執(zhí)行其預(yù)先設(shè)計的一項(xiàng)或多項(xiàng)功能如果不修理或不替換裝置或系統(tǒng)，則不能恢復(fù)其正常操作。

測試手段

實(shí)力雄厚的公司或者認(rèn)證檢測機(jī)構(gòu)，通常采用專用的測試系統(tǒng)，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中定義的測試項(xiàng)，提供產(chǎn)品兼容性測試報告，作為產(chǎn)品是否達(dá)標(biāo)的資質(zhì)證明，這些系統(tǒng)往往價格昂貴，功能單一，即使大廠也很少。

對于絕大多數(shù)公司的研發(fā)測試工程師來說，受到預(yù)算的限制，以及在產(chǎn)品失效分析和改進(jìn)時，需要做更多、更靈活的參數(shù)調(diào)整。集高性能電源、任意波形、示波器、數(shù)據(jù)記錄儀于一體的APS先進(jìn)電源系統(tǒng)受到工程師的廣泛青睞。

APS先進(jìn)電源系統(tǒng)用于車載電源適應(yīng)性測試：

?功率20W至30KW(并機(jī)600KW)，最高電壓2000V，最大電流800A。

?電壓斜率高達(dá)10000V/mS(2000V上升/下降時間，<200us)并可編輯 64KSa點(diǎn)任意波形。

?200kSa/s、18bit 數(shù)字化儀和長時間的數(shù)據(jù)記錄，直接進(jìn)行高達(dá)2000V，800A的同時測量。

?BV9200 APS程控和分析軟件，可實(shí)現(xiàn)常見標(biāo)準(zhǔn)波形、波形拼接序列、數(shù)學(xué)公式，波形文件導(dǎo)入等多種方式。

APS 波形編輯和生成工具

APS 生成電壓瞬態(tài)跌落

電動汽車高壓零部件電氣特性和安全測試

新能源汽車中，功率強(qiáng)大的動力系統(tǒng)，造成車載供電總線的不穩(wěn)定因素大幅上升;而電池電壓的逐步升級，1000V的高壓瞬態(tài)模擬和測試的要求也應(yīng)運(yùn)而生。例如，由歐洲各大車廠編訂的新能源汽車電氣特性測試及安全規(guī)范LV123，旨在驗(yàn)證汽車中高壓組件的安全性和電氣參數(shù)，如高壓電池系統(tǒng)、逆變器、高壓轉(zhuǎn)低壓DC-DC，車載充電機(jī)OBC等。

LV123 標(biāo)準(zhǔn)測試項(xiàng)目的定義與上述ISO17650或LV124標(biāo)準(zhǔn)定義的測試項(xiàng)目基本類似，分為靜態(tài)和動態(tài)的測試項(xiàng)目，如拋負(fù)載，高壓直流疊加交流紋波等。最主要區(qū)別就在于更高的電壓等級。

利用RP7983A 高壓、大功率APS電源，單臺功率30KW，最高電壓2000V，高達(dá)10000V/mS的電壓斜率(2000V上升/下降時間<200us)，可以為工程師在研發(fā)和驗(yàn)證過程中的測試提供了方便。

在1200V直流電壓上疊加頻率10KHz，

峰峰值135V紋波

RP7983A實(shí)現(xiàn)480V系統(tǒng)拋負(fù)載波形，

拋負(fù)載電壓620V

關(guān)于是德科技

是德科技提供先進(jìn)的設(shè)計和驗(yàn)證解決方案，旨在加速創(chuàng)新，創(chuàng)造一個安全互聯(lián)的世界。我們在關(guān)注速度和精度的同時，還致力于通過軟件實(shí)現(xiàn)更深入的洞察和分析。在整個產(chǎn)品開發(fā)周期中，即從設(shè)計仿真、原型驗(yàn)證、自動化軟件測試、制造分析，再到網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化與可視化的整個過程中，是德科技能夠更快地將具有前瞻性的技術(shù)和產(chǎn)品推向市場，充分滿足企業(yè)、服務(wù)提供商和云環(huán)境的需求。我們的客戶遍及全球通信和工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、航空航天與國防、汽車、能源、半導(dǎo)體和通用電子等市場。2021 財年，是德科技收入達(dá) 49 億美元。

原文標(biāo)題：電動汽車高壓零部件供電適應(yīng)性測試方案

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