電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)測試過程中，開發(fā)人員需要在車輛高壓電氣系統(tǒng)中測量高頻電流和電壓。由于安裝空間有限，測量設(shè)備的安裝將會非常困難。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)以高采樣率測量電流和電壓。

背景介紹

在電動汽車研發(fā)初期，電驅(qū)系統(tǒng)中的組件和完整的高壓電氣系統(tǒng)都會在仿真和測試臺上進行大量的測試。盡管如此，最真實可靠的測試環(huán)境無疑是進行實車測試。因此，為了動力系統(tǒng)軟硬件的進一步升級優(yōu)化獲得準確結(jié)果，實車道路測試不可或缺。

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量

對于電驅(qū)系統(tǒng)測試臺架或?qū)嵻嚫邏弘姎庀到y(tǒng)中的電流、電壓和功率測量，CSM的HV BM模塊是一種相當成熟的解決方案。HV BM模塊具有堅固的外殼，緊湊且抗干擾能力強，適合在實車路試中使用。此外，HV BM模塊可實現(xiàn)高達2 MS/s的采樣頻率，可同時測量高達2000A和2000V的高頻電流電壓。高壓母線穿過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）中直接測量，因此可以獲得極其精確的測量結(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完成實車環(huán)境中電流、電壓和功率的測量。

挑戰(zhàn)

首先，測量開展的前提是傳感器必須能夠安裝到對應(yīng)的測點上。狹窄的線束通道或周圍組件會限制傳感器可用的測點安裝空間。因此，面對這種狹窄空間內(nèi)的信號測量，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量方案提供有限的安裝空間來測量高壓線束內(nèi)的電流和電壓

此外，為了獲得非常精確的測量結(jié)果，避免屏蔽層電流和外部高壓線束的測量干擾，需要對高壓母線進行直接接線測量，這樣測量得到的結(jié)果是實時且不受干擾的。為了進行進一步數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)的測量頻率需要最高可達1 MHz（或更高）。與此同時，測量方案必須有堅固可靠的外殼保護，一方面確保用戶和設(shè)備的高壓安全，另一方面保護測量過程免受環(huán)境干擾影響。

CSM測量解決方案

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模塊相同的測量原理來進行車輛電氣系統(tǒng)的測量。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模塊拆分成三個獨立的模塊，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量電流和流壓。

電流和電壓分體式測量模塊（HV SBM_I/HV SBM_U）通過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PL500接頭或帶環(huán)形端子的格蘭頭進行線束連接）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準長度為2米。

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

優(yōu)勢

HV BM分體式模塊（HV SAM/HV SBM）可實現(xiàn)在狹窄空間下精確的電流、電壓和功率測量。該模塊基于成熟的HV BM模塊測量技術(shù)來獲得準確的測量結(jié)果：直接在高壓線束中使用分流電阻進行電流測量，可最大限度地減少外部磁場的影響，而基于磁通量或霍爾效應(yīng)的電流測量方案則會受屏蔽層電流和外部磁場影響，導(dǎo)致測量結(jié)果失真。因此該HV BM電流測量方案幾乎不存在偽信號、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，可以安裝在高壓線束的線路位置。因此，可以對狹小空間下的高壓用電設(shè)備（例如空調(diào)壓縮機、熱泵、AD/DC轉(zhuǎn)換器或電子制動器等）進行測量。

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

注：圖文來自Vector。