标签: 高压测试

内容梗概 实际的工程开发中，有需要将 vMeasure exp 测量结果发送到 CAN 总线的情况，这篇应用笔记提供使用 vMeasure exp 把C SM 数采测量得到的信号值发送到物理C AN 总线上的方法。此外，本文中描述的方法也支持在虚拟C AN 总线上的 vMeasure exp 与 CANoe 之间的数据交互。 本文通过 举例的形式来描述了使用 vMeasure exp 测量并周期性地发送以下信号到C AN 总线 ： 1. CSM THMM 数采测量得到的两路温度信号 2. C SM ECAT_ADMM+LEM sensor测量得到的一路电流信号 发送频率为1 00H z，最后 C AN oe 进行接收报文，并使用创建的D BC 文件解析成信号。 vMeasure exp 工程配置步骤 步骤一，使用C AN db ++ 创建数据库文件，文件中包含需要发送的信号和报文，可以看到这里定义了三条报文，每条报文都包含了一个数据类型为float的信号。保存文件名为 CAN- DB_HSF.dbc 步骤二， vMeasure 中添加要测量的C SM 数采设备，两个数采分别是基于C AN 的T HMM 和基于E CAT 的A DMM ： 步骤三， vMeasure 中 根据所创建的D BC文件 ，添加一个 CAN monitor device ，这个设备用来发送C AN报文 ，报文中包含我们要周期性发送的三个信号。 添加D BC文件 ： 选择发送C AN 报文使用的通道，可以选择使用虚拟C AN 总线或者物理C AN 总线，本文选择的是接口卡V N1610 的C AN1 通道；接口卡V N1610 CAN1 与 VN1610 CAN2 使用 Cable 2Y 和1 20 Ω的终端电阻连接在了一起， C AN oe 会使用V N1610 CAN2 来接收发送来的信号； 接口卡两个C AN 通道连接方式，使用C ABLE 2Y 和1 20 Ω终端电阻连接： 步骤四，在 vMeasure exp 中创建发送函数，需要关联C SM 数采采集的信号与D BC 中的信号： 发送函数： 步骤五，把创建的函数拖拽到 Graphic window ，在 Start-Measurement configuration-Measurement signals 中找到 SendingFunc 信号，在这里设置信号的测量模式为 cyclic ，也就是周期性发送，发送周期设置成1 0 ms ; CANoe 中工程文件配置 步骤六：到此为止 vMeasure exp 中已经设置好了，接下来设置 C AN oe 中的接收C AN 报文工程。 在 C AN oe 中新建工程文件 在 Hardware-Channel Mapping 中配置C AN 通道，使用V N1610 的Channel 2 ， 在 Hardware- Newwork hardware 中配置通道的波特率，在 vMeasure 中和 CANoe 中设置 VN1610 的 CAN 1 和 CAN2 的波特率为 1000kBaud ， CAN 1 和 CAN2 的波特率必须相等，不然无法通讯。 通讯结果展示 步骤七，在 Simulation setup 中配置D BC 文件之后，先 C AN oe 中点击开始测量，然后在 vMeasure 中点击开始测量，可以看到 vMeasure 与 CANoe 之间的通讯数据流

采样率 CSM的ADMM、THMM、PTMM等模块的产品文档中都列出了两种采样速率，本文档以ADMM8 pro为例进行解释。图 1为 ADMM 8 pro 产品文档中列出的采样率，第一种为 Internal sample rate,该采样率称为内部采样率；另一种为 Measurement data rate，该采样率称为测量速率。 图 1 图 2 内部采样率为数采设备对输入的模拟量信号采样频率。如图 2，连续的模拟量信号在通过采样后以离散信号的方式作为结果。 该采样结果在数采中会经过 AD 转换、软件滤波等过程后通过 MCU 组织为 CAN 报文发送到总线中。最终的信号数值通过 CAN 总线发送时的周期即为测量周期（即 CAN 报文发送周期）。 滤波 CSM 的ADMM、THMM、PTMM 等模块的产品文档滤波方式也同样分为两种，本文档以 ADMM 8 pro 为例进行解释。一种为 HW input filter 即硬件滤波，另一种为软件滤波 SW input filter。 图 3 两种滤波方式 硬件滤波为设备固有特性是无法通过设置更改的，该滤波方式通过硬件设备的电容、电杆等电子元器件完成，为低通滤波器。理论上讲原始的被采用信号的带宽是无限的，但实际上其中大量的高频信号属于噪声或者无效信号，同时由于 AD 转换器所能处理的信号带宽是有限的，因此为了采集特定频率内的信号需要进行低通滤波。滤波后的模拟量会经过 AD 转换器转化为数字量信号。其处理流程见图 4. 图 4 信号处理过程 通过 AD 转换后的数字信号为离散信号，该信号可以通过数采设备中的 MCU 进行数字滤波处理。该滤波过程由于是通过处理器的软件算法实现因而称为软件滤波，软件滤波的截至频率/周期可在配置软件 CSMconfig 中对设备进行设置。 图 5 软件滤波设置 软件滤波分为两种方法，一类为平均滤波法，另一类为Butterworth 滤波法。平均滤波以 10ms average 为例，即将 10ms 内通过内部采样（10kHz）得到的 100 个点求平均值，然后按照测量频率以 CAN 报文发送到总线上。 图 6 Butterworth 滤波器副频响应特性 Butterworth 滤波器副频响应特性图见图 6。该滤波器主要特性为截至频率，超过截止频率的部分将被滤除（振幅衰减以抑制高频部分）。通过配置软件的设置可以仅获取所需要的特定频率以内的信号。

在当前新能源车辆异军突起的环境下，不管是混合动力还是纯电动汽车，其“三电”系统的开发、测试和验证所面对的往往都是上千伏的高压， 为此，从传感器到数据采集的高压安全是这些系统的关键要求 。 Vector公司携手CSM公司，推出的高压采集模块能够完美的应对这样的安全挑战。 北汇信息作为Vector中国的合作伙伴，可以为客户提供完整的 高压环境下的安全精确高效的 数据采集与标定 方案，并对现场使用提供支持服务。 实车逆变器交流和直流电压及电流的测量 电机控制器是新能源 汽 车动力驱动的核心部件，与电机一起组成 驱动 系统。随着使用者对车辆的驾驶性 能 的需求日益提高，人们需要 通过精确的获取电机的各项参数， 利用电子控制技术来改善车辆的各项性能指标 。 新能源 汽 车 的高压环境 可 达 1000 V ，瞬时电流 可达10 00 A ，此时如何安全精确的获取电压电流值就显得尤为重要。 Vector公司新推出的高压测量模块（HV ECAT AD4 XW1000） 以及配套的线束（K910 ） 可以安全的测量高达1000 V 的电压，可以直接采集电池输出的直流电压和逆变器的三相 U、 V 、W 电压；通过特别定制的传感器（LEM LF 1010-S）采集 的 电流 可 达1000 A .，可以安全有效的测量 逆变器 电流。 此外， 通过 上位机软件vMeasur e E x p 、 CANape 等，可以实时观测 采集到的电压及电流数据 ， 观察 是否有单相电压幅值过高 、 是否有缺 相 以及是否有三相电压电流不均衡等 情况 ， 也可对 电池输出 的电压电流 是否在预估范围内以及逆变器输出的电压电流能否达到实际想要的控制效果 进行验证 。 电机控制器 高速标定 系统 电机控制器 的参数对 电机 的性能影响较大，为使 电机 达到最佳的综合性能，必须对电控系统的控制参数进行精确的标定，使 电机 按照最优的控制参数运行。 同时， 控制参数的标定必须对各种性能指标的影响进行综合考虑，为了实现在标定时对更多的数据更快地进行测量，提高传输速率，Vector为用户提供了一种专业的、高速的、便于客户使用的V X 1000 系列解决方案 。V X 1000 系列 通过 P OD 与 E CU 相连， 通过X CP -on -Ethernet 与上位机连接， 其 数据吞吐量可达40 Mb yte /s 。V X 1000 系列 高速标定设备与 高压 数采设备联合使用， 通过数采设备采集的逆变器的各项输出数据， 对电机控制器的各项参数进行标定，获取电机控制器更准确的参数，以达到更好的 输出 效果。 高压模拟量采集模块（HV ADMM/ HV AD4 ECAT MM series） HV AD系列专为在高压环境下测量模拟电压（类型OW）和高压（类型XW）应用而设计 ，通道绝缘高达1000 V ，通道之间高压隔离，通过了E N 61010的认证 。 这使得该模块特别适用于电动车辆 和混合动力 车辆 领域的应用 。 其中 HV AD4 ECAT测量模块具有每个通道1 MHz的最大测量数据速率，可用于测量非常快速的模拟信号 * HV AD4 XW1000 与 HV AD4 OW1000 为Ether CAT 模块，每通道采样率最高 为 1 000KH z 传感器（L EM LF 310-S|LEM LF 1010-S ） L EM 传感器是为小空间应用而开发的， 为严苛的工作环境中测量大电流，提供最精准、最具试配性的专业解决方案 。电流传感器确保了测试对象和测量系统之间的电流隔离，因此适用于高电压应用 线缆（K910） 除了针对高压模块做好隔离，C SM 还提供了专利设计的线缆保证试验的安 全。下图为高压模拟量采集线缆剖视图，可以看出线束共作了4层绝缘保护套，为高压模块与被测件或传感器之间提供保护。

电动汽车充电基础设施正处于蓬勃发展之中，充电解决方案提供商和充电站运营商必须对不同类型的充电桩进行详尽的测试验证。 现阶段，不同新能源汽车厂商采用其自有的充电技术。为了提高充电效率，需要对不同的充电过程进行对比验证。在分析过程中，通过使用测试和测量手段来对充电桩组件、充电模式、能量流和不同的功能组合进行验证，以达到最优的充电效率。 实际应用中，通过使用测试台架来对充电桩测试。在绝大多数情况下，这些测试台架是专门为了完成测试工作而开发的，例如针对功能测试或者测试网络中的充电组件。为了对充电效率进行详细的分析，需要对不同类型汽车的充电特性进行测量。如上图所示，是对一个直流充电桩（三相400V/直流22kW充电系统）进行测量所需要的数据采集设备。在充电桩输入和输出的高压线路中，使用高压测量模块HV BM测量其电流、电压和功率。除此之外，还可对车内充电接口进行测量。使用Vector的软件vMeasure或CANape，把测量结果记录在电脑上，同时基于测量结果完成整个充电过程的验证工作。所有的CSM HV BM可以通过EtherCAT协议和XCP-Gateway网关，把数据发送到电脑。 测试验证工作通常包含以下内容： 在不同工况下，充电测试程序是否运行正常? 在整个充电过程，能量流的表现如何？ 充电设备的功率损耗表现如何？ 充电曲线是否得到最佳控制？ 多久可以达到最大充电功率？ 电池充满需要多长时间？ 优点 此测量方案特别适用于壁挂式充电机、快速充电桩和超快速充电桩的新产品方案验证测试。在耐久测试中，还需要对高压线缆、系统组件、汽车电池包的温度进行测量，以防产生过热或火灾。使用CSM温度模块可以轻松完成这些测量工作。同时模块也可通过CAN总线连接到XCP-Gateway网关，并把数据实时传输到上位机进行监测。如需在高压环境中测量温度，可以使用具有高压防护功能的CSM温度模块（HV TH-TBM或HV PT-TBM）完成测量工作，确保高压测量的安全性。 注：图文内容源自Vector。

电动汽车的高压子系统和组件作为重要安全部件，必须不断满足日益严苛的安全要求。电池包跌落试验作为安全评估中的一项，用于评定运输过程中，电池包在受到垂直方向冲击时的耐冲击强度以及电池包外壳体对电池单体和 模组 的保护能力。本文介绍如何在跌落测试期间，测量高压电池组内部和外部的加速度以验证电池包安全性。CSM测量技术提供了一种简单的解决方案：采用单个测量系统，以高达100KHZ的采样频率同步测量高压和低压部件的数据信号。 背景 电动汽车中高压部件的可靠性和安全性对汽车制造商和一级供应商提出了新的挑战：高压组件必须经过各种测试，以确保乘员在任何情况下以及在车辆整个生命周期内的安全。电池包的跌落试验作为GB/T 31467.3-2015标准中的一项（图1），用于考核电池包的耐冲击强度。本文介绍的测量系统方案，对GB 38031-2020中电池包振动、机械冲击、模拟碰撞试验中加速度或其它模拟量的测量都有借鉴意义。 本文以“韩国机动车安全标准”（KMVSS）为例介绍如何对电池组进行跌落测试。其它国家的测试类似（见图 1）。KMVSS规定电池组（电量达到80%）必须从4.90米高度跌落到混凝土地板上。该测试是一系列安全测试的一部分，旨在确保电池在某些极端情况下不会爆炸或着火。 图1 | 国际标准中电池跌落式实验条件 面临的挑战 进行跌落测试时，需要在高压电池组内部和外部的不同点测量加速度。在电池包内部，加速度传感器在确保高压安全的情况下采集数据，并与安装在电池包外壳外部的加速度传感器同步采集。如果没有高压安全测量系统，电池包内的 仪器可能因导电而严重损坏数据采集设备，并且可能危及生命。此外，必须以高采样率进行测量，以记录撞击发生时信号的动态变化过程。 解决方案 所有测量模块都放置在跌落高度的一半处，以优化信号线束的长度并最大限度地减少信号干扰。 电池包内的加速度测量：使用标准的IEPE加速度传感器，专用的高压安全传感器线束通过密封套插入电池组，以实现传感器的高压安全隔离。电池组内，三个IEPE单轴加速度传感器通过一个微型适配器盒连接到传感器线束，并最终将数据传输到HV IEPE 3 FL100。 电池包内的加速度传感器数据由CSM HV IEPE 3 FL100高压测量模块记录。该测量模块专为在HV环境中使用IEPE传感器而开发，并以每个通道高达100 kHz 的数据速率记录来自加速度传感器的数据。 电池包外的加速度测量：安装在电池包外壳上的其它加速度传感器的数据由CSM AD4 ECAT IE100测量模块采集。该模块以每通道高达100 kHz的数据速率记录加速度传感器传来的数据。 XCP Gateway通过集成以太网分布式系统时钟同步方法确保两个测量模块的数据高精度同步，从而实现电池包内外所有测量值的同步采集。此外XCP Gateway也是数据采集软件的接口，将来自 EtherCAT ®总线的信号转换为基于XCP on Ethernet协议报文的信号。 使用Vector公司集成CSM测量模块的采集软件进行实时数据采集和分析，如 vMeasure 或 CANape ，可实现自动化测量，数据分析后处理以及脚本二次开发等功能，并可同步实时监控总线传来的信号。 方案优势 该方案借助CSM的高压测量技术，可在跌落测试期间安全地测量高压电池组内的信号。 采用单个测量系统便能从高压环境内部和外部采集数据，方案便捷可靠。 能够实现同步数据采集并以100 kHz的高采样频率采集跌落测试中的加速度实时动态数据。 与Vector测量软件适配，实现数据实时分析以及回放。 相关产品 HV IEPE3 FL100 CSM的HV IEPE3 FL100 测量模块专为高压环境下使用IEPE传感器进行测量而设计，例如加速度传感器，压力和力传感器等在高压环境测量。它提供三个模拟量输入接口，带有用于连接IEPE传感器的特定传感器电源。测量频率单通道可达100KHz，K960传感器线束专为该模块设计，可确保IEPE传感器在高压环境中的安全运行。 AD4 ECAT MM Series - Type IE100 AD4 ECAT MM Series是一款应用于汽车测量技术领域的高速模拟信号测量模块。该模块每个通道的测量频率可达100kHz。各通道间电气隔离，传感器激励电压可达到直流24V，因此该测量模块非常适合于IEPE传感器。各信号输入通道可同步采样，模块间同步精度高于1µs，支持基于IEEE 1451.4 TEDS功能。 XCP-Gateway Basic CSM的XCP-Gateway协议转换器是专门为CSM EtherCAT ®微型模块系列开发的，以完成多通道高速率测量任务。XCP网关允许将基于XCP on Ethernet测量数据协议同CSM EtherCAT ®测量模块相连接，从而使得 EtherCAT ®测量采集的优点和基于XCP标准通信的灵活性集于一体。 EtherCAT 与XCP on Ethernet标准协议的转换： · EtherCAT : 所有测量信号的同步时间精度小于1µs · XCP on Ethernet：测量信号时间戳精度为1µs 至少能满足100个ECAT通道最高10KHz采样测量。 注：图文内容源自Vector。