高压电气系统验证

高压电气系统验证

纯电和混合动力汽车中的高压电气系统关乎整车的能耗和安全，需要在部件及整车开发阶段做全面的测试与验证。符合ISO 21498*标准的电压、电流一体式测量模块CSM HV BM系列产品，可以直接串联在整车级别的高压电气线缆中，安全可靠的完成高压电气系统的验证工作。

背景

高压电气系统中的逆变器和DC/DC转换器会在高压直流电路中产生纹波电压和电流。这种纹波需要在整个开发阶段的不同用户使用场景中，对其波动的模式比如幅值、斜率进行测量并予以控制，超过设计标准的纹波电压、电流会导致部件损坏。

为了应对高压电气系统中类似纹波过大导致部件失效的问题，德国汽车厂商均制定专有标准对电动车高压部件的电气性能和电气安全作出要求，其中也包含严苛的测试条件，例如MBN LV 123（梅赛德斯-奔驰），GS 95023（宝马集团）和VW 80303（大众集团）等。

除此之外，为了确保整车运行状态下的电气系统足够可靠，能够满足所有的日常使用要求，超越上述专有标准的极端测试条件也被整车厂采用，其中包括在危急驾驶情况下，验证开关型电力电子器件的电压波动和电压纹波是否始终保持在规定的限值内。

 

挑战

挑战之一是如何在驾驶时快速准确地记录车辆高压电气系统中的电压和电流特性。在驾驶时对高压电气系统的真实电压和电流采集是必要的，因为测试台架的测量是不能充分模拟关键的驾驶场景。由于测试对象既包括电动力系统，也包含电动压缩机等用电部件单元，应尽可能以高采样频率完成测试。此外，整个测量系统需要在不同车型平台上运行，方案上需要灵活、可拓展、耐高压和可重复使用。

接下来的挑战在于数据实时采集、数据分析及管理。在某些工况下需要对多达30个高频信号进行采集显示，以便可以实时观测到真实驾驶情况对高压系统的影响。测量系统需要具备多模式智能触发记录功能，捕捉某些运行工况的瞬态电压峰值并包含所有ECU数据。最后，需要将测量数据与专业的­测量数据管理系统对接，完成整个测试开发验证。

 

Vector-CSM电动汽车高压测量分析系统

Vector-CSM电动汽车高压测量分析系统提供完整的测量工具链以实现所有数据的同步采集，包括­安全、可靠的高压测量模块，ECU数据采集系统，以及实时数据分析软件。

CSM HV Breakout Module可以在恶劣工况下安全的完成高压线缆承载式电压和电流测量，采集的电流量程可以通过高精度分流器来灵活匹配。

HV BM的采样频率最高可达1 MS/s，上位机软件vMeasure或CANape可以实现多达40通道的电压和电流采集、ECU数据记录并完成实时数据分析，各采集通道的时钟同步可以选择精确时间协议（PTP）或硬件同步。

用户可以触发测量来记录特定事件或者完成与测试相关的分析计算。为了检测高压电压纹波的随机电压峰值，可以关联算法触发条件来记录数据，例如对电压信号随时间求导。触发记录可避免大量数据的不必要存储。例如，可以存储触发事件的一定时间窗口内的所有高压电压、电流信号和车辆总线数据。

 

显著优势

创新的高压测量­系统，适用于在路试和台架上验证和确认车载高压电气系统性能。

图：即插即用的CSM HV BM 系统包含高压接插件以及高压线束等，适用于台架和整车测试场景，采样频率最高可达1 MHz
 

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CSM HV BM可以实现在路试中分布式测量高压线缆（高达95 mm2）中的电压和电流。将高压线缆连接并封闭于测量设备中，以实现密封防水和高压保护；

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CSM高压测量系统可以同样适用于部件测试台或环境仓转毂测试台。这使得工程师能够在车辆的不同阶段完成高压电气系统的测试开发。

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在实践中，除了高压电压和电流测量以外，经常会涉及使用额外的CSM测量模块来测量监控低压电气系统和部件温度特性，例如监控12 V/48 V电气系统中的电压纹波或在持续极端负载下测量高压线束的温度。

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可以同时测量和分析高压电气系统的电压和电流信号、车辆总线和控制器内部的数据，以便精确检查，追溯特定事件的原因。

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CSM可以提供定制的即插即用的HV BM套件，包括定制长度的高压电缆、连接器和插座，方便在整车上安装且可重复使用。这样可以在任何设计阶段的车辆上进行快速测量。

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HV BM的可选连接器即PowerLok插件系统可用于在测试台上进行测量。使用该插件可以快速安全评估不同的高压部件，并分析他们之间的相关性。