CSM数据采集系统在OBC功率分析中的应用

背景

在行业政策、技术革新、清洁能源、节能环保等多重因素共同作用下，新能源汽车迎来了快速增长的发展时期。新能源汽车充电系统作为车辆主要能源补给来源，其安全性和可靠性是保证车辆持续行驶的基础。

面临挑战

车载OBC(On board charger)作为充电系统中关键的电力电子零部件，不仅要具有安全性，避免充电系统与电网连接时因零部件失效带来的电气风险；还需要有高可靠性，降低充电过程中产生的谐波对电网电源质量影响。因此在硬件前期开发仿真阶段和台架试验阶段需要对其进行测试，验证功能有效性及设备可靠性。

在硬件测试过程中，测量电压电流时会介入到高压环境内部，因此测量设备本身的绝缘性对测量工程师的人身安全至关重要。充电系统硬件中电子器件因电感效应和电容耦合等原因会导致线路电压变化，为了实时获取电压变化值，测量设备还应该具有较高的采样率。

解决方案

Vector公司与CSM公司自2015年起进行深度战略合作，CSM数据采集硬件设备结构紧凑坚固，便携实用，易于安装和拆卸；采样精度高，借助EtherCAT协议，模块采样频率高达1M Hz；CSM高压数采模块提供1000V电气绝缘，确保测量人员安全。Vector vMeasure exp软件集成CSMconfig配置程序，可快速便捷的对CSM模块的测量范围、采样频率、传感器供电等参数进行配置。除此之外，vMeasure exp软件提供数字、表格、柱状图、曲线等数据浏览视窗，实时显示监控采集物理量数据。对于在线采集数据，可以通过vMeasure exp软件自带eMobility Analyzer高速函数库实现实时功率计算分析，包括有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、纹波峰峰值和谐波分析等，评估硬件在测试过程中的性能表现。

时间同步

电压和电流的波动会对运行工况带来影响，为了精准的测试系统硬件在不同工况下的性能，每一路电压电流都需要以1M Hz频率高精度采集。交流充电测试过程中，至少要测量8路即4路电压和4路电流，一个XCP Gateway网关硬件的承载能力是4通道1M Hz信号采集，要实现8路1M Hz信号采集，需配置两个XCP Gateway网关。两个XCP Gateway通过支持PTP功能的交换机连接可实现500ns时间同步。

联合使用

在测试过程中，除了监控输入输出电压电流外，还需要监控控制器通信状态、实施故障注入等操作，因此需要使用总线监控仿真工具CANoe软件联合操作。在实际应用中采用CANoe进行总线状态监控和故障注入，vMeasure exp软件查看CSM硬件采集数据并实时计算分析，要查看硬件在特定状态下的工作状态，需要在两个软件之间来回切换。

这样不仅造成工程师在两个软件中实时观测信号时间不同步，频繁切换软件还会增加无效工作量。因此，可以通过Vector定制化开发，将vMeasure exp软件中的实时测量值和在线计算结果以CAN报文的形式向CANoe软件转发，CANoe软件接收到测量值和计算结果后显示在分析窗口，实现通过一个软件CANoe既能监控控制器通信状态、注入故障，也能显示CSM高压测量设备采集硬件充放电过程中电压电流数值及充电效率和功率因素等实时计算值，便于工程师掌握实时充放电工况，评估整套系统设备实用性能。

函数库及定制开发

对于在线采集到的CSM硬件测量数据，vMeasure exp提供多种函数对数据按不同方式进行统计处理。通过Statistics函数库函数实时计算信号平均值、均方根值、方差。通过eMobility Analyzer函数库函数实时分析充/放电设备有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、总功率、功率损耗和能量损耗等参数；电机/逆变器有功功率、无功功率、视在功率、功率因数和总效率等参数；传动轴机械功率和做功；谐波信号中基波及总体谐波失真；纹波电压平均值和均方根等参数。对于特定场景下工况参数分析，可根据客户需求提供定制化函数，用于实时分析硬件在当前状态下运行情况。

北汇信息作为Vector中国合作伙伴，紧跟新能源发展方向，结合数据采集软、硬件配套实施经验，将CSM数据采集系统成功地应用到OBC硬件在环测试系统，实时计算功率，以数据浏览视窗直观展示，助力客户便捷地验证OBC硬件性能。

参考文档：

1、《eMobilityAnalyzer》Vector

2、《vMeasure exp Fact Sheet》Vector