Um registrador de dados que pode interoperar com um sistema de simulação HIL graças à saída de dados em alta velocidade e em tempo real
Sistemas de simulação Hardware-in-the-loop (HIL) são usados durante a fase de verificação do desenvolvimento de veículos elétricos (EV). Processos avançados de verificação de baterias combinam baterias reais com tecnologia de simulação. Esses testes são realizados em situações como verificação/monitoramento de células individuais na bateria sem um sistema de gerenciamento de bateria (BMS) ou verificação do controle de carga/descarga enquanto simula um ambiente de condução de EV. Essas configurações de verificação exigem que dados de medição específicos de tensão e temperatura de células individuais sejam enviados em tempo real para o sistema de simulação.
Este artigo apresenta um exemplo de configuração em que um registrador de dados é usado para medir a tensão e a temperatura de células de bateria individuais e enviar os dados adquiridos para um sistema de simulação HIL.
Desempenho do registrador de dados necessário para este tipo de medição
Para avaliar as variações de tensão com um nível adequado de detalhe enquanto as células da bateria estão sendo carregadas ou descarregadas, um instrumento deve ser controlado e os dados capturados em um ciclo curto de ordem de milissegundos. Em simulações de controle utilizando sistemas HIL, que exigem alimentação de dados em tempo real, o instrumento de medição utilizado deve ser capaz de transferir uma enorme quantidade de dados de medição de células para o sistema em altas velocidades. Como resultado, o registrador de dados deve possuir um nível de desempenho que permita a saída de dados para um grande número de canais medidos por meio de amostragem de alta velocidade com baixa latência. Além disso, ao medir uma bateria de alta tensão, é essencial que o instrumento forneça desempenho de isolamento suficiente para que o teste possa ser realizado com segurança.
Os registradores de dados usados para este tipo de medição devem fornecer os três tipos de desempenho a seguir:
· A capacidade de gerar dados medidos através de amostragem de alta velocidade em tempo real
· Um alto nível de desempenho de isolamento
· Canais suficientes para medir uma bateria de alta tensão
Um registrador de dados ideal para interoperar com um sistema de simulação HIL
O Data Logger LR8102 da Hioki é ideal para uso em simulações de controle que envolvem carga e descarga de uma bateria real. O sistema de medição descrito nesta nota de aplicação combina o registrador LR8102 com o Módulo Tensão/Temp M7100. O sistema mede a tensão ou temperatura em cada célula da bateria e envia os dados medidos para o sistema de simulação em tempo real em alta velocidade. (A velocidade de amostragem é limitada pelos parâmetros medidos e pelo número de canais usados por módulo.)
Registrador de dados LR8102
· Conecte até 10 módulos de medição a 1 registrador
· Sincronize até 10 registradores de dados
· Transferência de dados em alta velocidade (UDP)
Módulo de tensão/temperatura M7100
Entrada: 15 ch (tensão/temperatura)
Desempenho de isolamento entre canais: 300 V DC
Desempenho de isolamento entre terminais e terra: 1500 V CC, 1000 V CA (CAT II)
Desempenho de isolamento entre módulos: 1500 V DC, 1000 V AC
Velocidade de amostragem (intervalo de atualização de dados)
5 ms* (ao usar 1 canal a 8 canais), 10 ms a 10 s (ao usar 9 canais a 15 canais)
Existem três razões pelas quais o Data Logger LR8102 e o Módulo de Tensão/Temp M7100 são ideais para interoperação com sistemas de simulação HIL.
1. Saída de dados em tempo real acompanhando a amostragem de alta velocidade: UDP e 5 ms
O LR8102 pode gerar dados para um enorme número de células em tempo real após cada ciclo de amostragem, graças ao uso do User Datagram Protocol (UDP).
Medição típica do registrador de dados e tempo de saída de dados
Normalmente, os comandos de comunicação são usados para transferir dados adquiridos pelos registradores de dados para sistemas upstream. Leva de dezenas a centenas de milissegundos para adquirir cada ponto de dados. A velocidade com que os dados são transferidos para o sistema nem sempre é tão rápida quanto a velocidade real de medição (ordem de milissegundos). A Figura 1 ilustra o tempo de medição e saída de dados para um registrador de dados típico. Embora o valor da tensão exceda o limite em t7, esses dados não podem ser adquiridos até t9. Além disso, para que o sistema upstream adquira dados de medição de ordem de milissegundos sem perder nenhum ponto de dados, vários pontos de dados devem ser adquiridos de uma só vez. No entanto, os sistemas de simulação HIL, que adquirem dados em tempo real e fornecem feedback na forma de resultados de cálculos, só podem utilizar os dados mais recentes, mesmo que adquiram um bloco de dados que contenha vários pontos de dados.
figura 1
Saída de dados em alta velocidade e em tempo real usando o Hioki Data Logger LR8102
O Data Logger LR8102 pode gerar dados de medição em tempo real em cada ciclo de amostragem usando UDP. Os dados medidos por cada módulo são coletados pelo registrador de dados, que é conectado aos seus módulos por meio de uma arquitetura de comunicação diferencial de alta velocidade recém-projetada. Os dados são transferidos dos registradores de dados secundários para o registrador de dados primário por meio de comunicações de alta velocidade através de conexões de fibra óptica. Todos os dados de medição são agregados pelo registrador de dados primário em 5 ms. Os dados agregados são então emitidos pela porta LAN do instrumento pelo seu sistema operacional em tempo real. A aquisição de dados de medição com baixa latência é realizada aproveitando uma arquitetura de hardware com largura de banda suficiente e capacidade de processamento em tempo real para lidar com tarefas desde a medição até a saída. Ao enviar dados do registrador de dados para o sistema em alta velocidade e em tempo real usando UDP, os dados medidos podem ser alimentados no circuito de controle do sistema de simulação HIL.
O gráfico mostrado na Figura 2 apresenta os resultados de um teste de verificação do ciclo de comunicação de saída UPD do LR8102. No teste, os dados de medição foram emitidos via UPD a cada 5 ms e o atraso foi observado. Os resultados foram extremamente estáveis, indicando um ciclo de comunicação de 5 ms ±600 μs, mesmo quando o gráfico foi repetido mais de 140.000 vezes. Graças à alta estabilidade deste ciclo, o sistema de simulação pode adquirir dados de medição estáveis, mesmo quando são emitidos em alta velocidade. (O gráfico mostra os resultados do recebimento de 1 pacote por meio de um hub de comutação.)
Figura 2. Ciclo de comunicação de saída UPD do LR8102
2. Alto desempenho de isolamento: 1500 V DC CAT II
O alto desempenho de isolamento é essencial para medir com segurança as tensões das células em uma bateria de alta tensão. Por exemplo, para medir tensões de células em uma bateria com tensão total de 800 V, você precisaria de um instrumento com tensão módulo a módulo de 800 V e tensão terminal-terra de 800 V. Obrigado com desempenho de isolamento de 1500 V DC CAT II em conformidade com o padrão de segurança EN IEC 61010, o Módulo de tensão/temperatura M7100 pode medir com segurança sistemas de alta tensão.
3. Canais suficientes para medir uma bateria de alta tensão: 800 canais (com amostragem de 5 ms)
Medir a tensão e a temperatura das células em uma bateria de alta tensão significa medir um grande número de canais. Por exemplo, se estiver usando uma tensão de célula de 4 V, um total de 200 células seriam necessárias para construir uma bateria com uma tensão total de 800 V. Para medir a tensão e a temperatura de todas as células dessa bateria, você preciso de um instrumento com 400 canais. No desenvolvimento de veículos elétricos, baterias com mais de 1.000 V estão sendo prototipadas como parte dos testes, e é provável que os instrumentos precisem de ainda mais canais no futuro.
O Data Logger LR8102 pode ser combinado com módulos de medição para expandir livremente o número de canais de entrada. Conforme mostrado na Figura 3, 10 registradores de dados LR8102, cada um conectado a 10 módulos M7100, podem ser conectados com cabos de conexão óptica para criar um sistema que pode obter amostragem sincronizada de até 800 canais a uma taxa de amostragem de 5 ms. Os dados medidos pelos módulos M7100 são coletados pelo LR8102 ao qual estão conectados e todos os dados são agregados pelo registrador primário em 5 ms. Os dados agregados são então gerados pela porta LAN2 do registrador primário, que é usada exclusivamente para saída de dados, em alta velocidade e em tempo real.
Observação: A velocidade de amostragem de 5 ms é suportada quando um único M7100 usa no máximo 8 canais, todos sendo usados com uma faixa de tensão. A medição de temperatura é suportada a partir de uma velocidade de amostragem de 10 ms.
Figura 3
Sistema de exemplo
Esta seção apresenta um exemplo de sistema para usar o número máximo de registradores de dados LR8102 e módulos de tensão/temperatura M7100. Até 10 registradores de dados LR8102 podem ser sincronizados. Um sistema que utiliza até 100 módulos M7100 pode ser criado conectando 10 módulos M7100 a cada LR8102. Os parâmetros medidos pelos módulos M7100 podem ser misturados e combinados conforme desejado. Neste exemplo, 70 dos 100 módulos M7100 estão sendo usados para medição de tensão, enquanto os 30 módulos restantes estão sendo usados para medição de temperatura.
Conforme mostrado na Figura 4, os 10 Data Loggers LR8102 são conectados com cabos de conexão óptica para permitir amostragem sincronizada. Cada LR8102 está conectado a 10 módulos de tensão/temperatura M7100. Este sistema de medição pode medir tensão (560 canais com amostragem de 5 ms) e temperatura (450 canais com amostragem de 10 ms) de uma só vez. Todos os dados são agregados pelo registrador primário em 5 ms e emitidos em alta velocidade e em tempo real a partir de sua porta LAN2, que é usada exclusivamente para saída de dados. Dessa forma, os registradores de dados LR8102 e os módulos de medição podem ser combinados para criar sistemas de medição multicanal que podem interoperar com sistemas de simulação HIL em testes de carga/descarga de sistemas de baterias de grande escala de 1500 V.
Observação: A velocidade de amostragem de 5 ms é suportada quando um único M7100 usa no máximo 8 canais, todos sendo usados com uma faixa de tensão. A medição de temperatura é suportada a partir de uma velocidade de amostragem de 10 ms.
Figura 4
Resumo
Ao incorporar um registrador de dados em um sistema de simulação de controle que exige desempenho em tempo real, como um sistema HIL, a velocidade de amostragem do registrador e a velocidade de saída de dados são considerações extremamente importantes. Além disso, qualquer instrumento usado para medir baterias de alta tensão precisará ser capaz de realizar medições multicanais e, ao mesmo tempo, fornecer alto desempenho de isolamento. Um sistema que combina os módulos de medição Data Logger LR8102 e M7100 da Hioki pode adquirir dados com segurança e precisão a uma velocidade máxima de amostragem de 5 ms e gerar esses dados em tempo real. Tais configurações suportam uma interoperação suave com sistemas de simulação HIL e prometem contribuir para o desenvolvimento de EV. O DVD que acompanha o produto vem com um programa de exemplo para o sistema receber dados. Este programa de amostra pode ser usado para receber valores medidos do LR8102 usando UDP, converter formatos de saída em propriedades físicas e salvar os resultados em um arquivo, permitindo que você experimente imediatamente a operação UDP.
Visite o site Hioki's para obter mais informações sobre esses produtos.
Solicitações de unidades de demonstração e dúvidas sobre medição devem ser direcionadas ao representante Hioki mais próximo através de nosso formulário de contato.
