Un registrador de datos que puede interoperar con un sistema de simulación HIL gracias a la salida de datos de alta velocidad en tiempo real
Los sistemas de simulación Hardware-in-the-loop (HIL) se utilizan durante la etapa de verificación del desarrollo de vehículos eléctricos (EV). Los procesos de verificación avanzados de paquetes de baterías combinan baterías reales con tecnología de simulación. Estas pruebas se realizan en situaciones tales como verificar/monitorear celdas individuales en el paquete de baterías sin un sistema de administración de batería (BMS) o verificar el control de carga/descarga mientras se simula un entorno de conducción de vehículos eléctricos. Estas configuraciones de verificación requieren que los datos de medición que especifican el voltaje y la temperatura de las celdas individuales se envíen en tiempo real al sistema de simulación.
Este artículo presenta un ejemplo de una configuración de este tipo en la que se utiliza un registrador de datos para medir el voltaje y la temperatura de celdas de batería individuales y enviar los datos adquiridos a un sistema de simulación HIL.
Rendimiento del registrador de datos requerido para este tipo de medición
Para evaluar las variaciones de voltaje con un nivel adecuado de detalle mientras las celdas de la batería se están cargando o descargando, se debe controlar un instrumento y capturar datos en un ciclo corto de milisegundos. En las simulaciones de control que utilizan sistemas HIL, que exigen una alimentación de datos en tiempo real, el instrumento de medición utilizado debe poder transferir una enorme cantidad de datos de medición de células al sistema a altas velocidades. Como resultado, el registrador de datos debe poseer un nivel de rendimiento que le permita generar datos para una gran cantidad de canales medidos mediante muestreo de alta velocidad con baja latencia. Además, al medir un paquete de baterías de alto voltaje, es esencial que el instrumento proporcione un rendimiento de aislamiento suficiente para que la prueba pueda realizarse de forma segura.
Los registradores de datos utilizados para este tipo de medición deben ofrecer los siguientes tres tipos de rendimiento:
· La capacidad de generar datos medidos mediante muestreo de alta velocidad en tiempo real
· Un alto nivel de rendimiento de aislamiento
· Suficientes canales para medir una batería de alto voltaje
Un registrador de datos óptimo para interoperar con un sistema de simulación HIL
El registrador de datos LR8102 de Hioki es ideal para usar en simulaciones de control que implican cargar y descargar una batería real. El sistema de medición descrito en esta nota de aplicación combina el registrador LR8102 con el módulo de voltaje/temperatura M7100. El sistema mide el voltaje o la temperatura en cada celda de la batería y envía los datos medidos al sistema de simulación en tiempo real a alta velocidad. (La velocidad de muestreo está limitada por los parámetros que se miden y el número de canales que se utilizan por módulo).
Registrador de datos LR8102
· Conecte hasta 10 módulos de medición a 1 registrador
· Sincronizar hasta 10 registradores de datos
· Transferencia de datos de alta velocidad (UDP)
Módulo de voltaje/temperatura M7100
Entrada: 15 canales (voltaje/temperatura)
Rendimiento de aislamiento entre canales: 300 V DC
Rendimiento de aislamiento entre terminales y tierra: 1500 V CC, 1000 V CA (CAT II)
Rendimiento de aislamiento entre módulos: 1500 V DC, 1000 V AC
Velocidad de muestreo (intervalo de actualización de datos)
5 ms* (cuando se utiliza de 1 a 8 canales), de 10 ms a 10 s (cuando se utilizan de 9 a 15 canales)
Hay tres razones por las que el registrador de datos LR8102 y el módulo de voltaje/temperatura M7100 son ideales para la interoperación con sistemas de simulación HIL.
1. Salida de datos en tiempo real al ritmo del muestreo de alta velocidad: UDP y 5 ms
El LR8102 puede generar datos para una enorme cantidad de celdas en tiempo real después de cada ciclo de muestreo gracias al uso del Protocolo de datagramas de usuario (UDP).
Medición típica del registrador de datos y temporización de salida de datos
Normalmente, los comandos de comunicaciones se utilizan para transferir datos adquiridos por los registradores de datos a sistemas ascendentes. Se necesitan entre decenas y cientos de milisegundos para adquirir cada punto de datos. La velocidad a la que se transfieren los datos al sistema no siempre es tan rápida como la velocidad de medición real (del orden de milisegundos). La Figura 1 ilustra el tiempo de medición y salida de datos para un registrador de datos típico. Aunque el valor de voltaje excede el umbral en t7, esos datos no se pueden adquirir hasta t9. Además, para que el sistema ascendente pueda adquirir datos de medición de orden de milisegundos sin perder ningún punto de datos, se deben adquirir varios puntos de datos a la vez. Sin embargo, los sistemas de simulación HIL, que adquieren datos en tiempo real y proporcionan retroalimentación en forma de resultados de cálculo, solo pueden utilizar los datos más recientes, incluso si adquieren un bloque de datos que contiene múltiples puntos de datos.
Figura 1
Salida de datos de alta velocidad y en tiempo real utilizando el registrador de datos Hioki LR8102
El registrador de datos LR8102 puede generar datos de medición en tiempo real en cada ciclo de muestreo utilizando UDP. Los datos medidos por cada módulo son recopilados por el registrador de datos, que está conectado a sus módulos a través de una arquitectura de comunicaciones diferenciales de alta velocidad de nuevo diseño. Los datos se transfieren desde los registradores de datos secundarios al registrador de datos primario a través de comunicaciones de alta velocidad a través de conexiones de fibra óptica. Todos los datos de medición son agregados por el registrador de datos primario en 5 ms. Luego, el sistema operativo en tiempo real genera datos agregados desde el puerto LAN del instrumento. La adquisición de datos de medición con baja latencia se logra aprovechando una arquitectura de hardware con suficiente ancho de banda y capacidad de procesamiento en tiempo real para manejar las tareas desde la medición hasta la salida. Al enviar datos desde el registrador de datos al sistema a alta velocidad en tiempo real usando UDP, los datos medidos se pueden enviar al circuito de control del sistema de simulación HIL.
El gráfico que se muestra en la Figura 2 presenta los resultados de una prueba de verificación del ciclo de comunicaciones de salida UPD del LR8102. En la prueba, los datos de medición se emitieron a través de UPD cada 5 ms y se observó el retraso. Los resultados fueron extremadamente estables, indicando un ciclo de comunicaciones de 5 ms ±600 μs, incluso cuando el gráfico se repitió más de 140.000 veces. Gracias a la alta estabilidad de este ciclo, el sistema de simulación puede adquirir datos de medición estables, incluso cuando se emiten a alta velocidad. (El gráfico muestra los resultados de recibir 1 paquete a través de un concentrador de conmutación).
Figura 2. Ciclo de comunicaciones de salida UPD del LR8102
2. Alto rendimiento de aislamiento: 1500 V CC CAT II
Un alto rendimiento de aislamiento es esencial para medir de forma segura los voltajes de las celdas en un paquete de baterías de alto voltaje. Por ejemplo, para medir los voltajes de las celdas en un paquete de baterías con un voltaje total de 800 V, necesitaría un instrumento con un voltaje de módulo a módulo de 800 V y un voltaje de terminal a tierra de 800 V. Gracias. Con un rendimiento de aislamiento CAT II de hasta 1500 V CC que cumple con la norma de seguridad EN IEC 61010, el módulo de voltaje/temperatura M7100 puede medir de forma segura sistemas de alto voltaje.
3. Suficientes canales para medir una batería de alto voltaje: 800 canales (con muestreo de 5 ms)
Medir el voltaje y la temperatura de las celdas en un paquete de baterías de alto voltaje significa medir una gran cantidad de canales. Por ejemplo, si usa un voltaje de celda de 4 V, se necesitarían un total de 200 celdas para construir un paquete de baterías con un voltaje total de 800 V. Para medir el voltaje y la temperatura de todas las celdas de ese paquete de baterías, necesitaría Necesito un instrumento con 400 canales. En el desarrollo de vehículos eléctricos, se están creando prototipos de baterías de más de 1000 V como parte de las pruebas, y es probable que los instrumentos necesiten tener aún más canales en el futuro.
El Data Logger LR8102 se puede combinar con módulos de medición para ampliar libremente el número de canales de entrada. Como se muestra en la Figura 3, 10 registradores de datos LR8102, cada uno conectado a 10 módulos M7100, se pueden conectar con cables de conexión óptica para crear un sistema que puede lograr un muestreo sincronizado de hasta 800 canales a una velocidad de muestreo de 5 ms. Los datos medidos por los módulos M7100 son recopilados por el LR8102 al que están conectados, y el registrador principal agrega todos los datos en un plazo de 5 ms. Luego, los datos agregados se emiten desde el puerto LAN2 del registrador principal, que se utiliza exclusivamente para la salida de datos, a alta velocidad y en tiempo real.
Nota: La velocidad de muestreo de 5 ms se admite cuando un único M7100 utiliza no más de 8 canales, todos los cuales se utilizan con un rango de voltaje. Se admite la medición de temperatura a partir de una velocidad de muestreo de 10 ms.
figura 3
Sistema de ejemplo
Esta sección presenta un sistema de ejemplo para usar la cantidad máxima de registradores de datos LR8102 y módulos de voltaje/temperatura M7100. Se pueden sincronizar hasta 10 registradores de datos LR8102. Se puede crear un sistema que utilice hasta 100 módulos M7100 conectando 10 módulos M7100 a cada LR8102. Los parámetros medidos por los módulos M7100 se pueden mezclar y combinar según se desee. En este ejemplo, 70 de los 100 módulos M7100 se utilizan para medir voltaje, mientras que los 30 módulos restantes se usan para medir temperatura.
Como se muestra en la Figura 4, los 10 registradores de datos LR8102 están conectados con cables de conexión óptica para permitir el muestreo sincronizado. Cada LR8102 está conectado a 10 módulos de voltaje/temperatura M7100. Este sistema de medición puede medir voltaje (560 canales con muestreo de 5 ms) y temperatura (450 canales con muestreo de 10 ms) a la vez. Todos los datos son agregados por el registrador principal en 5 ms y emitidos a alta velocidad y en tiempo real desde su puerto LAN2, que se utiliza exclusivamente para la salida de datos. De esta manera, los registradores de datos y los módulos de medición LR8102 se pueden combinar para crear sistemas de medición multicanal que pueden interoperar con sistemas de simulación HIL en pruebas de carga/descarga de sistemas de baterías de 1500 V a gran escala.
Nota: La velocidad de muestreo de 5 ms se admite cuando un único M7100 utiliza no más de 8 canales, todos los cuales se utilizan con un rango de voltaje. Se admite la medición de temperatura a partir de una velocidad de muestreo de 10 ms.
Figura 4
Resumen
Al incorporar un registrador de datos en un sistema de simulación de control que exige rendimiento en tiempo real, como un sistema HIL, la velocidad de muestreo del registrador y la velocidad de salida de datos son consideraciones extremadamente importantes. Además, cualquier instrumento utilizado para medir paquetes de baterías de alto voltaje deberá ser capaz de realizar mediciones multicanal y al mismo tiempo proporcionar un alto rendimiento de aislamiento. Un sistema que combina los módulos de medición Data Logger LR8102 y M7100 de Hioki puede adquirir datos de forma segura y precisa a una velocidad de muestreo máxima de 5 ms y generar esos datos en tiempo real. Estas configuraciones permiten una interoperabilidad fluida con los sistemas de simulación HIL y prometen contribuir al desarrollo de los vehículos eléctricos. El DVD incluido con el producto viene con un programa de muestra para que el sistema reciba datos. Este programa de muestra se puede utilizar para recibir valores medidos del LR8102 usando UDP, convertir formatos de salida en propiedades físicas y guardar los resultados en un archivo, lo que le permitirá probar inmediatamente la operación UDP por sí mismo.
Visite el sitio web Hioki's para obtener más información sobre estos productos.
Las solicitudes de unidades de demostración y preguntas sobre medidas deben dirigirse a su representante Hioki más cercano a través de nuestro formulario de contacto.
