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(zhǎng)的發(fā)展時(shí)期。新能源汽車充電系統(tǒng)作為車輛主要能源補(bǔ)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(shí)因零部件失效帶來的電氣風(fēng)險(xiǎn)；還需要有高可靠性，降低充電過程中產(chǎn)生的諧波對(duì)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(tái)架試驗(yàn)階段需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證功能有效性及設(shè)備可靠性。

在硬件測(cè)試過程中，測(cè)量電壓電流時(shí)會(huì)介入到高壓環(huán)境內(nèi)部，因此測(cè)量設(shè)備本身的絕緣性對(duì)測(cè)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(huì)導(dǎo)致線路電壓變化，為了實(shí)時(shí)獲取電壓變化值，測(cè)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(jìn)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(jiān)固，便攜實(shí)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(dá)1M Hz；CSM高壓數(shù)采模塊提供1000V電氣絕緣，確保測(cè)量人員安全。Vector vMeasure exp軟件集成CSMconfig配置程序，可快速便捷的對(duì)CSM模塊的測(cè)量范圍、采樣頻率、傳感器供電等參數(shù)進(jìn)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(shí)時(shí)顯示監(jiān)控采集物理量數(shù)據(jù)。對(duì)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(kù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)功率計(jì)算分析，包括有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因素、紋波峰峰值和諧波分析等，評(píng)估硬件在測(cè)試過程中的性能表現(xiàn)。

時(shí)間同步

電壓和電流的波動(dòng)會(huì)對(duì)運(yùn)行工況帶來影響，為了精準(zhǔn)的測(cè)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(cè)試過程中，至少要測(cè)量8路即4路電壓和4路電流，一個(gè)XCP Gateway網(wǎng)關(guān)硬件的承載能力是4通道1M Hz信號(hào)采集，要實(shí)現(xiàn)8路1M Hz信號(hào)采集，需配置兩個(gè)XCP Gateway網(wǎng)關(guān)。兩個(gè)XCP Gateway通過支持PTP功能的交換機(jī)連接可實(shí)現(xiàn)500ns時(shí)間同步。

聯(lián)合使用

在測(cè)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(shí)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(shí)際應(yīng)用中采用CANoe進(jìn)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(shí)時(shí)計(jì)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(gè)軟件之間來回切換。

這樣不僅造成工程師在兩個(gè)軟件中實(shí)時(shí)觀測(cè)信號(hào)時(shí)間不同步，頻繁切換軟件還會(huì)增加無(wú)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(shí)時(shí)測(cè)量值和在線計(jì)算結(jié)果以CAN報(bào)文的形式向CANoe軟件轉(zhuǎn)發(fā)，CANoe軟件接收到測(cè)量值和計(jì)算結(jié)果后顯示在分析窗口，實(shí)現(xiàn)通過一個(gè)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(cè)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(shí)時(shí)計(jì)算值，便于工程師掌握實(shí)時(shí)充放電工況，評(píng)估整套系統(tǒng)設(shè)備實(shí)用性能。

函數(shù)庫(kù)及定制開發(fā)

對(duì)于在線采集到的CSM硬件測(cè)量數(shù)據(jù)，vMeasure exp提供多種函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)按不同方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。通過Statistics函數(shù)庫(kù)函數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算信號(hào)平均值、均方根值、方差。通過eMobility Analyzer函數(shù)庫(kù)函數(shù)實(shí)時(shí)分析充/放電設(shè)備有功功率、無(wú)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(jī)/逆變器有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)和總效率等參數(shù)；傳動(dòng)軸機(jī)械功率和做功；諧波信號(hào)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(duì)于特定場(chǎng)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(shí)時(shí)分析硬件在當(dāng)前狀態(tài)下運(yùn)行情況。

北匯信息作為Vector中國(guó)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(shí)施經(jīng)驗(yàn)，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(cè)試系統(tǒng)，實(shí)時(shí)計(jì)算功率，以數(shù)據(jù)瀏覽視窗直觀展示，助力客戶便捷地驗(yàn)證OBC硬件性能。

參考文檔：

1、《eMobilityAnalyzer》Vector

2、《vMeasure exp Fact Sheet》Vector