Bộ thiết bị ghi dữ liệu có thể tương tác với hệ thống mô phỏng HIL nhờ đầu ra dữ liệu thời gian thực, tốc độ cao
Hệ thống mô phỏng phần cứng trong vòng lặp (HIL) được sử dụng trong giai đoạn xác minh quá trình phát triển xe điện (EV). Quy trình xác minh nâng cao của bộ pin kết hợp pin thực tế với công nghệ mô phỏng. Các thử nghiệm này được thực hiện trong các tình huống như xác minh/giám sát từng ô riêng lẻ trong bộ pin mà không có hệ thống quản lý pin (BMS) hoặc xác minh khả năng kiểm soát sạc/xả trong khi mô phỏng môi trường lái xe điện. Các thiết lập xác minh như vậy yêu cầu dữ liệu đo xác định điện áp và nhiệt độ của từng tế bào riêng lẻ để gửi theo thời gian thực tới hệ thống mô phỏng.
Bài viết này giới thiệu một ví dụ về thiết lập như vậy trong đó thiết bị ghi dữ liệu được sử dụng để đo điện áp và nhiệt độ của từng cell pin riêng lẻ và gửi dữ liệu thu được đến hệ thống mô phỏng HIL.
Yêu cầu hiệu suất của bộ ghi dữ liệu cho loại phép đo này
Để đánh giá sự thay đổi điện áp ở mức độ chi tiết phù hợp trong khi pin đang sạc hoặc xả, thiết bị phải được điều khiển và dữ liệu được ghi lại trong chu kỳ ngắn, cỡ mili giây. Trong các mô phỏng điều khiển sử dụng hệ thống HIL yêu cầu nguồn cấp dữ liệu theo thời gian thực, thiết bị đo được sử dụng phải có khả năng truyền một lượng lớn dữ liệu đo tế bào sang hệ thống ở tốc độ cao. Do đó, thiết bị ghi dữ liệu phải có mức hiệu suất cho phép nó xuất dữ liệu cho một số lượng lớn kênh được đo thông qua lấy mẫu tốc độ cao với độ trễ thấp. Hơn nữa, khi đo một bộ pin điện áp cao, thiết bị cần phải cung cấp đủ hiệu suất cách điện để có thể tiến hành thử nghiệm một cách an toàn.
Bộ ghi dữ liệu được sử dụng cho loại phép đo này phải cung cấp ba loại hiệu suất sau:
· Khả năng xuất dữ liệu được đo thông qua lấy mẫu tốc độ cao trong thời gian thực
· Hiệu suất cách nhiệt cao
· Đủ kênh để đo ắc quy điện áp cao
thiết bị ghi dữ liệu tối ưu để tương tác với hệ thống mô phỏng HIL
Data Logger LR8102 của Hioki lý tưởng để sử dụng trong các mô phỏng điều khiển liên quan đến việc sạc và xả pin thực tế. Hệ thống đo lường được mô tả trong ghi chú ứng dụng này kết hợp bộ ghi LR8102 với Mô-đun Điện áp/Nhiệt độ M7100. Hệ thống đo điện áp hoặc nhiệt độ ở từng cell pin và xuất dữ liệu đo được sang hệ thống mô phỏng thời gian thực ở tốc độ cao. (Tốc độ lấy mẫu bị giới hạn bởi các thông số được đo và số lượng kênh được sử dụng trên mỗi mô-đun.)
Bộ ghi dữ liệu LR8102
· Kết nối tối đa 10 mô-đun đo lường với 1 máy ghi dữ liệu
· Đồng bộ hóa tối đa 10 bộ ghi dữ liệu
· Truyền dữ liệu tốc độ cao (UDP)
Mô-đun điện áp/nhiệt độ M7100
Đầu vào: 15 ch (điện áp/nhiệt độ)
Hiệu suất cách điện giữa kênh: 300 V DC
Hiệu suất cách điện giữa các cực và đất: 1500 V DC, 1000 V AC (CAT II)
Hiệu suất cách điện giữa các mô-đun: 1500 V DC, 1000 V AC
Tốc độ lấy mẫu (khoảng thời gian làm mới dữ liệu)
5 ms* (khi sử dụng 1 ch đến 8 ch), 10 ms đến 10 giây (khi sử dụng 9 ch đến 15 ch)
Có ba lý do tại sao Bộ ghi dữ liệu LR8102 và Mô-đun điện áp/nhiệt độ M7100 là lý tưởng để tương tác với các hệ thống mô phỏng HIL.
1. Đầu ra dữ liệu thời gian thực diễn ra theo từng bước với lấy mẫu tốc độ cao: UDP & 5 ms
LR8102 có thể xuất dữ liệu cho một số lượng lớn ô trong thời gian thực sau mỗi chu kỳ lấy mẫu nhờ sử dụng Giao thức gói dữ liệu người dùng (UDP).
Đo lường thiết bị ghi dữ liệu điển hình và thời gian xuất dữ liệu
Thông thường, các lệnh liên lạc được sử dụng để truyền dữ liệu thu được từ bộ ghi dữ liệu sang các hệ thống ngược dòng. Phải mất từ hàng chục đến hàng trăm mili giây để thu được từng điểm dữ liệu. Tốc độ truyền dữ liệu vào hệ thống không phải lúc nào cũng nhanh bằng tốc độ đo thực tế (thứ tự mili giây). Hình 1 minh họa phép đo và thời gian xuất dữ liệu cho một thiết bị ghi dữ liệu điển hình. Mặc dù giá trị điện áp vượt quá ngưỡng t7 nhưng dữ liệu đó không thể thu được cho đến t9. Ngoài ra, để hệ thống ngược dòng thu được dữ liệu đo bậc mili giây mà không bỏ sót bất kỳ điểm dữ liệu nào, phải thu thập nhiều điểm dữ liệu cùng một lúc. Tuy nhiên, hệ thống mô phỏng HIL thu thập dữ liệu theo thời gian thực và cung cấp phản hồi dưới dạng kết quả tính toán, chỉ có thể sử dụng dữ liệu gần đây nhất, ngay cả khi chúng thu được một khối dữ liệu chứa nhiều điểm dữ liệu.
Hình 1
Đầu ra dữ liệu thời gian thực, tốc độ cao bằng Hioki Data Logger LR8102
Bộ ghi dữ liệu LR8102 có thể xuất dữ liệu đo theo thời gian thực ở mỗi chu kỳ lấy mẫu bằng UDP. Dữ liệu được đo bởi mỗi mô-đun được thu thập bởi thiết bị ghi dữ liệu, được kết nối với các mô-đun của nó thông qua kiến trúc truyền thông vi sai tốc độ cao được thiết kế mới. Dữ liệu được truyền từ bộ ghi dữ liệu thứ cấp sang bộ thiết bị ghi dữ liệu chính thông qua liên lạc tốc độ cao qua kết nối cáp quang. Tất cả dữ liệu đo được tổng hợp bởi thiết bị ghi dữ liệu chính trong vòng 5 ms. Dữ liệu tổng hợp sau đó được hệ điều hành thời gian thực xuất ra từ cổng LAN của thiết bị. Việc thu thập dữ liệu đo lường có độ trễ thấp được thực hiện bằng cách khai thác kiến trúc phần cứng có đủ băng thông và khả năng xử lý thời gian thực để xử lý các tác vụ từ đo lường đến đầu ra. Bằng cách xuất dữ liệu từ bộ thiết bị ghi dữ liệu hệ thống ở tốc độ cao trong thời gian thực bằng UDP, dữ liệu đo được có thể được đưa vào vòng điều khiển của hệ thống mô phỏng HIL.
Biểu đồ trong Hình 2 trình bày kết quả kiểm tra xác minh chu trình liên lạc đầu ra UPD của LR8102. Trong thử nghiệm, dữ liệu đo được xuất qua CẬP NHẬT cứ sau 5 mili giây và quan sát thấy độ trễ. Kết quả cực kỳ ổn định, cho thấy chu kỳ liên lạc là 5 ms ±600 μs, ngay cả khi âm mưu được lặp lại hơn 140.000 lần. Nhờ độ ổn định cao của chu trình này, hệ thống mô phỏng có thể thu được dữ liệu đo ổn định ngay cả khi xuất ra ở tốc độ cao. (Biểu đồ mô tả kết quả nhận 1 gói thông qua hub chuyển mạch.)
Hình 2. Chu trình truyền thông đầu ra UPD của LR8102
2. Hiệu suất cách điện cao: 1500 V DC CAT II
Hiệu suất cách điện cao là điều cần thiết để đo điện áp di động trong bộ pin điện áp cao một cách an toàn. Ví dụ: để đo điện áp di động trong bộ pin có tổng điện áp 800 V, bạn sẽ cần một thiết bị có điện áp giữa mô-đun với mô-đun là 800 V và điện áp đầu nối với đất là 800 V. Cảm ơn đến hiệu suất cách điện 1500 V DC CAT II tuân thủ tiêu chuẩn an toàn EN IEC 61010, Mô-đun Điện áp/Nhiệt độ M7100 có thể đo lường các hệ thống điện áp cao một cách an toàn.
3. Đủ kênh để đo pin điện áp cao: 800 kênh (lấy mẫu 5 ms)
Đo điện áp và nhiệt độ tế bào trong bộ pin điện áp cao có nghĩa là đo một số lượng lớn kênh. Ví dụ: nếu sử dụng điện áp tế bào 4 V, sẽ cần tổng cộng 200 tế bào để xây dựng một bộ pin có tổng điện áp là 800 V. Để đo điện áp và nhiệt độ của tất cả các tế bào trong bộ pin đó, bạn cần một dụng cụ có 400 kênh. Trong phát triển EV, pin vượt quá 1000 V đang được tạo mẫu như một phần của thử nghiệm và có khả năng các thiết bị sẽ cần phải có nhiều kênh hơn nữa trong tương lai.
Bộ ghi dữ liệu LR8102 có thể được kết hợp với các mô-đun đo lường để tự do mở rộng số lượng kênh đầu vào. Như thể hiện trong Hình 3, 10 bộ ghi dữ liệu LR8102, mỗi bộ ghi được kết nối với 10 mô-đun M7100, có thể được kết nối với cáp kết nối quang để tạo ra một hệ thống có thể đạt được lấy mẫu đồng bộ lên đến 800 kênh với tốc độ lấy mẫu 5 ms. Dữ liệu được đo bởi các mô-đun M7100 được thu thập bởi LR8102 mà chúng được kết nối và tất cả dữ liệu được tổng hợp bởi bộ ghi chính trong vòng 5 ms. Dữ liệu tổng hợp sau đó được xuất ra từ cổng LAN2 của bộ ghi nhật ký chính, được sử dụng riêng cho đầu ra dữ liệu, ở tốc độ cao và trong thời gian thực.
Lưu ý: Tốc độ lấy mẫu 5 ms được hỗ trợ khi một M7100 duy nhất sử dụng không quá 8 kênh, tất cả đều đang được sử dụng với dải điện áp. Đo nhiệt độ được hỗ trợ bắt đầu từ tốc độ lấy mẫu 10 ms.
Hình 3
Hệ thống ví dụ
Phần này giới thiệu một hệ thống ví dụ để sử dụng số lượng tối đa các mô-đun điện áp / nhiệt độ LR8102 Thiết Bị Ghi Dữ Liệu và M7100. Có thể đồng bộ hóa tối đa 10 Thiết Bị Ghi Dữ Liệu LR8102. Một hệ thống sử dụng tối đa 100 mô-đun M7100 có thể được tạo bằng cách kết nối 10 mô-đun M7100 với mỗi LR8102. Các thông số được đo bởi các mô-đun M7100 có thể được trộn và khớp theo ý muốn. Trong ví dụ này, 70 trong số 100 mô-đun M7100 đang được sử dụng để đo điện áp, trong khi 30 mô-đun còn lại đang được sử dụng để đo nhiệt độ.
Như thể hiện trong Hình 4, 10 Thiết Bị Ghi Dữ Liệu LR8102 được kết nối với cáp kết nối quang học để cho phép lấy mẫu đồng bộ. Mỗi LR8102 được kết nối với 10 mô-đun điện áp / nhiệt độ M7100. Hệ thống đo này có thể đo điện áp (560 kênh khi lấy mẫu 5 ms) và nhiệt độ (450 kênh khi lấy mẫu 10 ms) cùng một lúc. Tất cả dữ liệu được tổng hợp bởi bộ ghi chính trong vòng 5 ms và xuất ra ở tốc độ cao và trong thời gian thực từ cổng LAN2 của nó, được sử dụng riêng cho đầu ra dữ liệu. Bằng cách này, các mô-đun đo lường và Thiết Bị Ghi Dữ Liệu LR8102 có thể được kết hợp để tạo ra các hệ thống đo đa kênh có thể tương tác với các hệ thống mô phỏng HIL trong thử nghiệm sạc / xả của hệ thống pin quy mô lớn 1500 V.
Lưu ý: Tốc độ lấy mẫu 5 ms được hỗ trợ khi một M7100 duy nhất sử dụng không quá 8 kênh, tất cả đều đang được sử dụng với dải điện áp. Đo nhiệt độ được hỗ trợ bắt đầu từ tốc độ lấy mẫu 10 ms.
hinh 4
Bản tóm tắt
Khi nhúng thiết bị ghi dữ liệu vào hệ thống mô phỏng điều khiển đòi hỏi hiệu suất thời gian thực, như hệ thống HIL, tốc độ lấy mẫu và tốc độ xuất dữ liệu của logger là những cân nhắc cực kỳ quan trọng. Ngoài ra, bất kỳ dụng cụ nào được sử dụng để đo các bộ pin điện áp cao sẽ cần phải có khả năng đo đa kênh đồng thời cung cấp hiệu suất cách điện cao. Một hệ thống kết hợp các mô-đun đo Data Logger LR8102 và M7100 của Hioki có thể thu thập dữ liệu một cách an toàn và chính xác ở tốc độ lấy mẫu tối đa 5 ms và xuất dữ liệu đó trong đầu ra thời gian thực. Các thiết lập như vậy hỗ trợ tương tác trơn tru với các hệ thống mô phỏng HIL và hứa hẹn sẽ góp phần phát triển EV. DVD đi kèm với sản phẩm đi kèm với một chương trình mẫu cho hệ thống nhận dữ liệu. Chương trình mẫu này có thể được sử dụng để nhận các giá trị đo LR8102 bằng UDP, chuyển đổi định dạng đầu ra thành thuộc tính vật lý và lưu kết quả trong tệp, cho phép bạn tự mình thử thao tác UDP ngay lập tức.
Vui lòng truy cập trang web của Hioki để biết thêm thông tin về các sản phẩm này.
Yêu cầu về các đơn vị trình diễn và các câu hỏi về đo lường nên được chuyển đến đại diện Hioki gần nhất của bạn thông qua biểu mẫu liên hệ của chúng tôi.
