CSM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在OBC功率分析中的應(yīng)用

背景

在行業(yè)政策、技術(shù)革新、清潔能源、節(jié)能環(huán)保等多重因素共同作用下，新能源汽車迎來了快速增長的發(fā)展時期。新能源汽車充電系統(tǒng)作為車輛主要能源補給來源，其安全性和可靠性是保證車輛持續(xù)行駛的基礎(chǔ)。

面臨挑戰(zhàn)

車載OBC(On board charger)作為充電系統(tǒng)中關(guān)鍵的電力電子零部件，不僅要具有安全性，避免充電系統(tǒng)與電網(wǎng)連接時因零部件失效帶來的電氣風(fēng)險；還需要有高可靠性，降低充電過程中產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)電源質(zhì)量影響。因此在硬件前期開發(fā)仿真階段和臺架試驗階段需要對其進行測試，驗證功能有效性及設(shè)備可靠性。

在硬件測試過程中，測量電壓電流時會介入到高壓環(huán)境內(nèi)部，因此測量設(shè)備本身的絕緣性對測量工程師的人身安全至關(guān)重要。充電系統(tǒng)硬件中電子器件因電感效應(yīng)和電容耦合等原因會導(dǎo)致線路電壓變化，為了實時獲取電壓變化值，測量設(shè)備還應(yīng)該具有較高的采樣率。

解決方案

Vector公司與CSM公司自2015年起進行深度戰(zhàn)略合作，CSM數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊堅固，便攜實用，易于安裝和拆卸；采樣精度高，借助EtherCAT協(xié)議，模塊采樣頻率高達1M Hz；CSM高壓數(shù)采模塊提供1000V電氣絕緣，確保測量人員安全。Vector vMeasure exp軟件集成CSMconfig配置程序，可快速便捷的對CSM模塊的測量范圍、采樣頻率、傳感器供電等參數(shù)進行配置。除此之外，vMeasure exp軟件提供數(shù)字、表格、柱狀圖、曲線等數(shù)據(jù)瀏覽視窗，實時顯示監(jiān)控采集物理量數(shù)據(jù)。對于在線采集數(shù)據(jù)，可以通過vMeasure exp軟件自帶eMobility Analyzer高速函數(shù)庫實現(xiàn)實時功率計算分析，包括有功功率、無功功率、視在功率、功率因素、紋波峰峰值和諧波分析等，評估硬件在測試過程中的性能表現(xiàn)。

時間同步

電壓和電流的波動會對運行工況帶來影響，為了精準的測試系統(tǒng)硬件在不同工況下的性能，每一路電壓電流都需要以1M Hz頻率高精度采集。交流充電測試過程中，至少要測量8路即4路電壓和4路電流，一個XCP Gateway網(wǎng)關(guān)硬件的承載能力是4通道1M Hz信號采集，要實現(xiàn)8路1M Hz信號采集，需配置兩個XCP Gateway網(wǎng)關(guān)。兩個XCP Gateway通過支持PTP功能的交換機連接可實現(xiàn)500ns時間同步。

聯(lián)合使用

在測試過程中，除了監(jiān)控輸入輸出電壓電流外，還需要監(jiān)控控制器通信狀態(tài)、實施故障注入等操作，因此需要使用總線監(jiān)控仿真工具CANoe軟件聯(lián)合操作。在實際應(yīng)用中采用CANoe進行總線狀態(tài)監(jiān)控和故障注入，vMeasure exp軟件查看CSM硬件采集數(shù)據(jù)并實時計算分析，要查看硬件在特定狀態(tài)下的工作狀態(tài)，需要在兩個軟件之間來回切換。

這樣不僅造成工程師在兩個軟件中實時觀測信號時間不同步，頻繁切換軟件還會增加無效工作量。因此，可以通過Vector定制化開發(fā)，將vMeasure exp軟件中的實時測量值和在線計算結(jié)果以CAN報文的形式向CANoe軟件轉(zhuǎn)發(fā)，CANoe軟件接收到測量值和計算結(jié)果后顯示在分析窗口，實現(xiàn)通過一個軟件CANoe既能監(jiān)控控制器通信狀態(tài)、注入故障，也能顯示CSM高壓測量設(shè)備采集硬件充放電過程中電壓電流數(shù)值及充電效率和功率因素等實時計算值，便于工程師掌握實時充放電工況，評估整套系統(tǒng)設(shè)備實用性能。

函數(shù)庫及定制開發(fā)

對于在線采集到的CSM硬件測量數(shù)據(jù)，vMeasure exp提供多種函數(shù)對數(shù)據(jù)按不同方式進行統(tǒng)計處理。通過Statistics函數(shù)庫函數(shù)實時計算信號平均值、均方根值、方差。通過eMobility Analyzer函數(shù)庫函數(shù)實時分析充/放電設(shè)備有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、總功率、功率損耗和能量損耗等參數(shù)；電機/逆變器有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)和總效率等參數(shù)；傳動軸機械功率和做功；諧波信號中基波及總體諧波失真；紋波電壓平均值和均方根等參數(shù)。對于特定場景下工況參數(shù)分析，可根據(jù)客戶需求提供定制化函數(shù)，用于實時分析硬件在當前狀態(tài)下運行情況。

北匯信息作為Vector中國合作伙伴，緊跟新能源發(fā)展方向，結(jié)合數(shù)據(jù)采集軟、硬件配套實施經(jīng)驗，將CSM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成功地應(yīng)用到OBC硬件在環(huán)測試系統(tǒng)，實時計算功率，以數(shù)據(jù)瀏覽視窗直觀展示，助力客戶便捷地驗證OBC硬件性能。

參考文檔：

1、《eMobilityAnalyzer》Vector

2、《vMeasure exp Fact Sheet》Vector