เครื่องบันทึกข้อมูลที่สามารถทำงานร่วมกับระบบจำลอง HIL ได้ด้วยเอาต์พุตข้อมูลแบบเรียลไทม์ความเร็วสูง
ระบบจำลองฮาร์ดแวร์ในวง (HIL) ถูกนำมาใช้ในระหว่างขั้นตอนการตรวจสอบการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้า (EV) กระบวนการตรวจสอบขั้นสูงของชุดแบตเตอรี่จะรวมแบตเตอรี่จริงเข้ากับเทคโนโลยีการจำลอง การทดสอบเหล่านี้ทำในสถานการณ์ต่างๆ เช่น การตรวจสอบ/การตรวจสอบแต่ละเซลล์ในชุดแบตเตอรี่โดยไม่มีระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) หรือการตรวจสอบการควบคุมการชาร์จ/คายประจุในขณะที่จำลองสภาพแวดล้อมการขับขี่ EV การตั้งค่าการตรวจสอบดังกล่าวจำเป็นต้องมีข้อมูลการวัดที่ระบุแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิของแต่ละเซลล์เพื่อส่งไปยังระบบจำลองแบบเรียลไทม์
บทความนี้จะแนะนำตัวอย่างการตั้งค่าที่ใช้เครื่องบันทึกข้อมูลเพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิของเซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์ และส่งข้อมูลที่ได้รับไปยังระบบจำลอง HIL
ประสิทธิภาพเครื่องบันทึกข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการวัดประเภทนี้
เพื่อประเมินความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าในระดับรายละเอียดที่เหมาะสมในขณะที่เซลล์แบตเตอรี่กำลังชาร์จหรือคายประจุ จะต้องควบคุมเครื่องมือและบันทึกข้อมูลในรอบลำดับมิลลิวินาทีที่สั้น ในการจำลองการควบคุมโดยใช้ระบบ HIL ซึ่งต้องการฟีดข้อมูลแบบเรียลไทม์ เครื่องมือวัดที่ใช้จะต้องสามารถถ่ายโอนข้อมูลการวัดเซลล์จำนวนมหาศาลไปยังระบบด้วยความเร็วสูง เป็นผลให้เครื่องบันทึกข้อมูลต้องมีระดับประสิทธิภาพที่ช่วยให้สามารถส่งออกข้อมูลสำหรับช่องสัญญาณจำนวนมากที่วัดผ่านการสุ่มตัวอย่างความเร็วสูงที่มีเวลาแฝงต่ำ นอกจากนี้ เมื่อทำการวัดชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูง เครื่องมือจะต้องมีประสิทธิภาพการเป็นฉนวนที่เพียงพอ เพื่อให้สามารถดำเนินการทดสอบได้อย่างปลอดภัย
เครื่องบันทึกข้อมูลที่ใช้สำหรับการวัดประเภทนี้จะต้องมีประสิทธิภาพสามประเภทต่อไปนี้:
· ความสามารถในการส่งออกข้อมูลที่วัดผ่านการสุ่มตัวอย่างความเร็วสูงแบบเรียลไทม์
· ประสิทธิภาพของฉนวนระดับสูง
· ช่องเพียงพอสำหรับวัดแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูง
เครื่องบันทึกข้อมูลที่ดีที่สุดสำหรับการทำงานร่วมกันกับระบบจำลอง HIL
Data Logger LR8102 ของ Hioki เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในการจำลองการควบคุมที่เกี่ยวข้องกับการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่จริง ระบบการวัดที่อธิบายไว้ในหมายเหตุการใช้งานนี้จะรวมเครื่องบันทึก LR8102 เข้ากับโมดูลแรงดันไฟฟ้า/อุณหภูมิ M7100 ระบบจะวัดแรงดันไฟฟ้าหรืออุณหภูมิที่เซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์ และส่งออกข้อมูลที่วัดได้ไปยังระบบจำลองแบบเรียลไทม์ด้วยความเร็วสูง (ความเร็วในการสุ่มตัวอย่างถูกจำกัดโดยพารามิเตอร์ที่วัดและจำนวนช่องสัญญาณที่ใช้ต่อโมดูล)
เครื่องบันทึกข้อมูล LR8102
· เชื่อมต่อโมดูลการวัดสูงสุด 10 โมดูลเข้ากับเครื่องบันทึก 1 เครื่อง
· ซิงโครไนซ์เครื่องบันทึกข้อมูลได้สูงสุด 10 เครื่อง
· การถ่ายโอนข้อมูลความเร็วสูง (UDP)
โมดูลแรงดันไฟฟ้า/อุณหภูมิ M7100
อินพุต: 15 ch (แรงดันไฟฟ้า/อุณหภูมิ)
ประสิทธิภาพของฉนวนระหว่างช่อง: 300 V DC
ประสิทธิภาพของฉนวนระหว่างขั้วต่อและสายดิน: 1500 V DC, 1000 V AC (CAT II)
ประสิทธิภาพของฉนวนระหว่างโมดูล: 1500 V DC, 1000 V AC
ความเร็วในการสุ่มตัวอย่าง (ช่วงรีเฟรชข้อมูล)
5 ms* (เมื่อใช้ 1 ch ถึง 8 ch), 10 ms ถึง 10 วินาที (เมื่อใช้ 9 ch ถึง 15 ch)
มีเหตุผลสามประการว่าทำไม Data Logger LR8102 และโมดูลแรงดันไฟฟ้า/อุณหภูมิ M7100 จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำงานร่วมกันกับระบบจำลอง HIL
1. เอาต์พุตข้อมูลเรียลไทม์เดินเป็นขั้นตอนพร้อมการสุ่มตัวอย่างความเร็วสูง: UDP & 5 ms
LR8102 สามารถส่งออกข้อมูลสำหรับเซลล์จำนวนมหาศาลแบบเรียลไทม์หลังจากแต่ละรอบการสุ่มตัวอย่างด้วยการใช้ User Datagram Protocol (UDP)
การวัดและกำหนดเวลาเอาต์พุตข้อมูลโดยทั่วไปของเครื่องบันทึกข้อมูล
โดยทั่วไปแล้ว คำสั่งการสื่อสารจะใช้ในการถ่ายโอนข้อมูลที่ได้รับจากเครื่องบันทึกข้อมูลไปยังระบบอัปสตรีม การรับจุดข้อมูลแต่ละจุดใช้เวลาประมาณสิบถึงหลายร้อยมิลลิวินาที ความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลไปยังระบบไม่ได้เร็วเท่ากับความเร็วในการวัดจริงเสมอไป (ลำดับมิลลิวินาที) รูปที่ 1 แสดงการวัดและระยะเวลาเอาต์พุตข้อมูลสำหรับเครื่องบันทึกข้อมูลทั่วไป แม้ว่าค่าแรงดันไฟฟ้าจะเกินเกณฑ์โดย t7 แต่จะไม่สามารถรับข้อมูลดังกล่าวได้จนกว่าจะถึง t9 นอกจากนี้ เพื่อให้ระบบอัปสตรีมได้รับข้อมูลการวัดลำดับมิลลิวินาทีโดยไม่พลาดจุดข้อมูลใดๆ จะต้องได้รับจุดข้อมูลหลายจุดพร้อมกัน อย่างไรก็ตาม ระบบจำลอง HIL ซึ่งรับข้อมูลแบบเรียลไทม์และให้ข้อเสนอแนะในรูปแบบของผลการคำนวณ สามารถใช้เฉพาะข้อมูลล่าสุดเท่านั้น แม้ว่าจะได้รับบล็อกข้อมูลที่ประกอบด้วยจุดข้อมูลหลายจุดก็ตาม
รูปที่ 1
เอาต์พุตข้อมูลความเร็วสูงแบบเรียลไทม์โดยใช้ ฮิโอกิ Data Logger LR8102
Data Logger LR8102 สามารถส่งออกข้อมูลการวัดแบบเรียลไทม์ในแต่ละรอบการสุ่มตัวอย่างโดยใช้ UDP ข้อมูลที่วัดโดยแต่ละโมดูลจะถูกรวบรวมโดยเครื่องบันทึกข้อมูล ซึ่งเชื่อมต่อกับโมดูลผ่านสถาปัตยกรรมการสื่อสารแบบดิฟเฟอเรนเชียลความเร็วสูงที่ออกแบบใหม่ ข้อมูลจะถูกถ่ายโอนจากเครื่องบันทึกข้อมูลรองไปยังเครื่องบันทึกข้อมูลหลักผ่านการสื่อสารความเร็วสูงผ่านการเชื่อมต่อใยแก้วนำแสง ข้อมูลการวัดทั้งหมดจะถูกรวบรวมโดยเครื่องบันทึกข้อมูลหลักภายใน 5 มิลลิวินาที จากนั้นข้อมูลที่รวบรวมไว้จะถูกส่งออกจากพอร์ต LAN ของอุปกรณ์โดยระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ การได้มาซึ่งข้อมูลการวัดที่มีความหน่วงต่ำสามารถทำได้โดยการควบคุมสถาปัตยกรรมฮาร์ดแวร์ที่มีแบนด์วิธเพียงพอและความสามารถในการประมวลผลแบบเรียลไทม์เพื่อจัดการงานต่างๆ ตั้งแต่การวัดไปจนถึงเอาท์พุต ด้วยการส่งออกข้อมูลจากเครื่องบันทึกข้อมูลไปยังระบบด้วยความเร็วสูงแบบเรียลไทม์โดยใช้ UDP ข้อมูลที่วัดได้จะถูกป้อนไปยังลูปควบคุมของระบบจำลอง HIL
กราฟที่แสดงในรูปที่ 2 แสดงผลสำหรับการทดสอบการตรวจสอบวงจรการสื่อสารเอาท์พุต UPD ของ LR8102 ในการทดสอบ ข้อมูลการวัดจะถูกส่งออกผ่าน UPD ทุกๆ 5 มิลลิวินาที และสังเกตความล่าช้า ผลลัพธ์มีความเสถียรอย่างยิ่ง โดยระบุวงจรการสื่อสารที่ 5 ms ±600 μs แม้ว่าพล็อตจะถูกทำซ้ำมากกว่า 140,000 ครั้งก็ตาม ด้วยความเสถียรสูงของวงจรนี้ ระบบจำลองจึงสามารถรับข้อมูลการวัดที่เสถียร แม้ว่าเอาต์พุตจะออกมาด้วยความเร็วสูงก็ตาม (กราฟแสดงผลการรับ 1 แพ็กเก็ตผ่านสวิตช์ฮับ)
รูปที่ 2 วงจรการสื่อสารเอาต์พุต UPD ของ LR8102
2. ประสิทธิภาพของฉนวนสูง: 1500 V DC CAT II
ประสิทธิภาพของฉนวนสูงถือเป็นสิ่งสำคัญในการวัดแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ในชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูงได้อย่างปลอดภัย ตัวอย่างเช่น ในการวัดแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ในชุดแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้ารวม 800 V คุณจะต้องมีเครื่องมือที่มีแรงดันไฟฟ้าระหว่างโมดูลต่อโมดูล 800 V และแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วต่อถึงดิน 800 V ขอบคุณ ประสิทธิภาพของฉนวน CAT II ถึง 1500 V DC CAT II ที่สอดคล้องกับมาตรฐานความปลอดภัย EN IEC 61010 ทำให้โมดูลแรงดันไฟฟ้า/อุณหภูมิ M7100 สามารถวัดระบบไฟฟ้าแรงสูงได้อย่างปลอดภัย
3. ช่องเพียงพอสำหรับวัดแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูง: 800 ช่อง (ที่การสุ่มตัวอย่าง 5 ms)
การวัดแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิของเซลล์ในชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูงหมายถึงการวัดช่องสัญญาณจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น หากใช้แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ 4 V จะต้องใช้เซลล์ทั้งหมด 200 เซลล์เพื่อสร้างชุดแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้ารวม 800 V ในการวัดแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิของเซลล์ทั้งหมดในชุดแบตเตอรี่นั้น คุณจะต้อง ต้องการเครื่องดนตรีที่มี 400 ช่อง ในการพัฒนา EV แบตเตอรี่ที่มีความจุเกิน 1,000 V กำลังถูกสร้างต้นแบบโดยเป็นส่วนหนึ่งของการทดสอบ และมีแนวโน้มว่าเครื่องมือต่างๆ จะต้องมีช่องสัญญาณเพิ่มมากขึ้นในอนาคต
Data Logger LR8102 สามารถใช้ร่วมกับโมดูลการวัดเพื่อขยายจำนวนช่องอินพุตได้อย่างอิสระ ดังที่แสดงในรูปที่ 3 เครื่องบันทึกข้อมูล LR8102 จำนวน 10 เครื่อง แต่ละเครื่องเชื่อมต่อกับโมดูล M7100 10 โมดูล สามารถเชื่อมต่อด้วยสายเคเบิลเชื่อมต่อแบบออปติกเพื่อสร้างระบบที่สามารถสุ่มตัวอย่างแบบซิงโครไนซ์ได้สูงสุด 800 ช่องสัญญาณที่อัตราการสุ่มตัวอย่าง 5 มิลลิวินาที ข้อมูลที่วัดโดยโมดูล M7100 จะถูกรวบรวมโดย LR8102 ที่เชื่อมต่ออยู่ และข้อมูลทั้งหมดจะถูกรวบรวมโดยตัวบันทึกหลักภายใน 5 มิลลิวินาที จากนั้นข้อมูลที่รวมจะถูกส่งออกจากพอร์ต LAN2 ของผู้บันทึกหลัก ซึ่งใช้สำหรับเอาต์พุตข้อมูลโดยเฉพาะ ด้วยความเร็วสูงและแบบเรียลไทม์
หมายเหตุ: รองรับความเร็วในการสุ่มตัวอย่าง 5 ms เมื่อ M7100 เครื่องเดียวใช้ไม่เกิน 8 ช่องสัญญาณ ซึ่งทั้งหมดใช้กับช่วงแรงดันไฟฟ้า รองรับการวัดอุณหภูมิโดยเริ่มต้นที่ความเร็วสุ่มตัวอย่าง 10 ms
รูปที่ 3
ระบบตัวอย่าง
ส่วนนี้จะแนะนำระบบตัวอย่างสำหรับการใช้เครื่องบันทึกข้อมูล LR8102 และโมดูลแรงดันไฟฟ้า/อุณหภูมิ M7100 จำนวนสูงสุด สามารถซิงโครไนซ์เครื่องบันทึกข้อมูล LR8102 ได้สูงสุด 10 เครื่อง สามารถสร้างระบบที่ใช้โมดูล M7100 ได้ถึง 100 โมดูลโดยการเชื่อมต่อโมดูล M7100 10 โมดูลเข้ากับ LR8102 แต่ละตัว พารามิเตอร์ที่วัดโดยโมดูล M7100 สามารถผสมและจับคู่ได้ตามต้องการ ในตัวอย่างนี้ M7100 โมดูล 70 จาก 100 โมดูลถูกใช้สำหรับการวัดแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่โมดูลที่เหลือ 30 โมดูลถูกใช้สำหรับการวัดอุณหภูมิ
ดังแสดงในรูปที่ 4 เครื่องบันทึกข้อมูล LR8102 จำนวน 10 เครื่องเชื่อมต่อกันด้วยสายเคเบิลเชื่อมต่อแบบออปติกเพื่อให้สามารถสุ่มตัวอย่างแบบซิงโครไนซ์ได้ LR8102 แต่ละตัวเชื่อมต่อกับโมดูลแรงดันไฟฟ้า/อุณหภูมิ M7100 จำนวน 10 โมดูล ระบบการวัดนี้สามารถวัดแรงดันไฟฟ้า (560 ช่องสัญญาณที่การสุ่มตัวอย่าง 5 ms) และอุณหภูมิ (450 ช่องสัญญาณที่การสุ่มตัวอย่าง 10 ms) ในคราวเดียว ข้อมูลทั้งหมดจะถูกรวบรวมโดยตัวบันทึกหลักภายใน 5 ms และเอาต์พุตด้วยความเร็วสูงและแบบเรียลไทม์จากพอร์ต LAN2 ซึ่งใช้สำหรับเอาต์พุตข้อมูลโดยเฉพาะ ด้วยวิธีนี้ เครื่องบันทึกข้อมูล LR8102 และโมดูลการวัดสามารถรวมกันเพื่อสร้างระบบการวัดแบบหลายช่องสัญญาณที่สามารถทำงานร่วมกับระบบจำลอง HIL ในการทดสอบการชาร์จ/การปล่อยประจุของระบบแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ 1500 V
หมายเหตุ: รองรับความเร็วในการสุ่มตัวอย่าง 5 ms เมื่อ M7100 เครื่องเดียวใช้ไม่เกิน 8 ช่องสัญญาณ ซึ่งทั้งหมดใช้กับช่วงแรงดันไฟฟ้า รองรับการวัดอุณหภูมิโดยเริ่มต้นที่ความเร็วสุ่มตัวอย่าง 10 ms
รูปที่ 4
สรุป
เมื่อฝังเครื่องบันทึกข้อมูลในระบบจำลองการควบคุมที่ต้องการประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์ เช่น ระบบ HIL ความเร็วสุ่มตัวอย่างและความเร็วเอาต์พุตข้อมูลของผู้บันทึกถือเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญอย่างยิ่ง นอกจากนี้ เครื่องมือใดๆ ที่ใช้ในการวัดชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูงจะต้องสามารถวัดแบบหลายช่องสัญญาณได้ ในขณะเดียวกันก็ให้ประสิทธิภาพการเป็นฉนวนสูงด้วย ระบบที่รวมโมดูลการวัด Data Logger LR8102 และ M7100 ของ ฮิโอกิ สามารถรับข้อมูลได้อย่างปลอดภัยและแม่นยำที่ความเร็วการสุ่มตัวอย่างสูงสุด 5 ms และส่งออกข้อมูลนั้นในเอาต์พุตแบบเรียลไทม์ การตั้งค่าดังกล่าวสนับสนุนการทำงานร่วมกันอย่างราบรื่นกับระบบจำลอง HIL และสัญญาว่าจะมีส่วนช่วยในการพัฒนา EV ดีวีดีที่มาพร้อมกับผลิตภัณฑ์จะมาพร้อมกับโปรแกรมตัวอย่างสำหรับระบบที่รับข้อมูล โปรแกรมตัวอย่างนี้สามารถใช้เพื่อรับค่าที่วัดได้ LR8102 โดยใช้ UDP, แปลงรูปแบบเอาต์พุตเป็นคุณสมบัติทางกายภาพ และบันทึกผลลัพธ์เป็นไฟล์ ซึ่งช่วยให้คุณลองใช้การดำเนินการ UDP ด้วยตัวคุณเองได้ทันที
กรุณาเยี่ยมชมเว็บไซต์ ของฮิโอกิ เพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์เหล่านี้
คำขอหน่วยสาธิตและคำถามเกี่ยวกับการวัดควรส่งตรงไปยังตัวแทน ฮิโอกิ ที่ใกล้คุณที่สุดผ่าน แบบฟอร์มติดต่อของเรา
