電動汽車的高壓子系統(tǒng)和組件作為重要安全部件，必須不斷滿足日益嚴苛的安全要求。電池包跌落試驗作為安全評估中的一項，用于評定運輸過程中，電池包在受到垂直方向沖擊時的耐沖擊強度以及電池包外殼體對電池單體和模組的保護能力。本文介紹如何在跌落測試期間，測量高壓電池組內(nèi)部和外部的加速度以驗證電池包安全性。CSM測量技術(shù)提供了一種簡單的解決方案：采用單個測量系統(tǒng)，以高達100KHZ的采樣頻率同步測量高壓和低壓部件的數(shù)據(jù)信號。

01背景

電動汽車中高壓部件的可靠性和安全性對汽車制造商和一級供應(yīng)商提出了新的挑戰(zhàn)：高壓組件必須經(jīng)過各種測試，以確保乘員在任何情況下以及在車輛整個生命周期內(nèi)的安全。電池包的跌落試驗作為GB/T 31467.3-2015標準中的一項（圖1），用于考核電池包的耐沖擊強度。本文介紹的測量系統(tǒng)方案，對GB 38031-2020中電池包振動、機械沖擊、模擬碰撞試驗中加速度或其它模擬量的測量都有借鑒意義。

本文以“韓國機動車安全標準”（KMVSS）為例介紹如何對電池組進行跌落測試。其它國家的測試類似（見圖 1）。KMVSS規(guī)定電池組（電量達到80%）必須從4.90米高度跌落到混凝土地板上。該測試是一系列安全測試的一部分，旨在確保電池在某些極端情況下不會爆炸或著火。

圖1 | 國際標準中電池跌落式實驗條件

02 面臨的挑戰(zhàn)

進行跌落測試時，需要在高壓電池組內(nèi)部和外部的不同點測量加速度。在電池包內(nèi)部，加速度傳感器在確保高壓安全的情況下采集數(shù)據(jù)，并與安裝在電池包外殼外部的加速度傳感器同步采集。如果沒有高壓安全測量系統(tǒng)，電池包內(nèi)的儀器可能因?qū)щ姸鴩乐負p壞數(shù)據(jù)采集設(shè)備，并且可能危及生命。此外，必須以高采樣率進行測量，以記錄撞擊發(fā)生時信號的動態(tài)變化過程。

03解決方案

1

所有測量模塊都放置在跌落高度的一半處，以優(yōu)化信號線束的長度并最大限度地減少信號干擾。

2

電池包內(nèi)的加速度測量：使用標準的IEPE加速度傳感器，專用的高壓安全傳感器線束通過密封套插入電池組，以實現(xiàn)傳感器的高壓安全隔離。電池組內(nèi)，三個IEPE單軸加速度傳感器通過一個微型適配器盒連接到傳感器線束，并最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紿V IEPE 3 FL100。

3

電池包內(nèi)的加速度傳感器數(shù)據(jù)由CSM HV IEPE 3 FL100高壓測量模塊記錄。該測量模塊專為在HV環(huán)境中使用IEPE傳感器而開發(fā)，并以每個通道高達100 kHz 的數(shù)據(jù)速率記錄來自加速度傳感器的數(shù)據(jù)。

4

電池包外的加速度測量：安裝在電池包外殼上的其它加速度傳感器的數(shù)據(jù)由CSM AD4 ECAT IE100測量模塊采集。該模塊以每通道高達100 kHz的數(shù)據(jù)速率記錄加速度傳感器傳來的數(shù)據(jù)。

5

XCP Gateway通過集成以太網(wǎng)分布式系統(tǒng)時鐘同步方法確保兩個測量模塊的數(shù)據(jù)高精度同步，從而實現(xiàn)電池包內(nèi)外所有測量值的同步采集。此外XCP Gateway也是數(shù)據(jù)采集軟件的接口，將來自EtherCAT?總線的信號轉(zhuǎn)換為基于XCP on Ethernet協(xié)議報文的信號。

6

使用Vector公司集成CSM測量模塊的采集軟件進行實時數(shù)據(jù)采集和分析，如vMeasure或CANape，可實現(xiàn)自動化測量，數(shù)據(jù)分析后處理以及腳本二次開發(fā)等功能，并可同步實時監(jiān)控總線傳來的信號。

04方案優(yōu)勢

>該方案借助CSM的高壓測量技術(shù)，可在跌落測試期間安全地測量高壓電池組內(nèi)的信號。

>采用單個測量系統(tǒng)便能從高壓環(huán)境內(nèi)部和外部采集數(shù)據(jù)，方案便捷可靠。

>能夠?qū)崿F(xiàn)同步數(shù)據(jù)采集并以100 kHz的高采樣頻率采集跌落測試中的加速度實時動態(tài)數(shù)據(jù)。

>與Vector測量軟件適配，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時分析以及回放。

05相關(guān)產(chǎn)品

HV IEPE3 FL100

CSM的HV IEPE3 FL100 測量模塊專為高壓環(huán)境下使用IEPE傳感器進行測量而設(shè)計，例如加速度傳感器，壓力和力傳感器等在高壓環(huán)境測量。它提供三個模擬量輸入接口，帶有用于連接IEPE傳感器的特定傳感器電源。測量頻率單通道可達100KHz，K960傳感器線束專為該模塊設(shè)計，可確保IEPE傳感器在高壓環(huán)境中的安全運行。

AD4 ECAT MM Series - Type IE100

AD4 ECAT MM Series是一款應(yīng)用于汽車測量技術(shù)領(lǐng)域的高速模擬信號測量模塊。該模塊每個通道的測量頻率可達100kHz。各通道間電氣隔離，傳感器激勵電壓可達到直流24V，因此該測量模塊非常適合于IEPE傳感器。各信號輸入通道可同步采樣，模塊間同步精度高于1μs，支持基于IEEE 1451.4 TEDS功能。

XCP-Gateway Basic

CSM的XCP-Gateway協(xié)議轉(zhuǎn)換器是專門為CSM EtherCAT?微型模塊系列開發(fā)的，以完成多通道高速率測量任務(wù)。XCP網(wǎng)關(guān)允許將基于XCP on Ethernet測量數(shù)據(jù)協(xié)議同CSM EtherCAT?測量模塊相連接，從而使得EtherCAT?測量采集的優(yōu)點和基于XCP標準通信的靈活性集于一體。

EtherCAT與XCP on Ethernet標準協(xié)議的轉(zhuǎn)換：

• EtherCAT: 所有測量信號的同步時間精度小于1μs
• XCP on Ethernet：測量信號時間戳精度為1μs

至少能滿足100個ECAT通道最高10KHz采樣測量。

注：圖文內(nèi)容源自Vector。