新能源汽车方案——高精度功率分析仪和CAN总线分析仪

1、冶 广州致远电子股份有限公司新能源汽车教学平台系统新能源汽车教学平台系统概述新能源汽车由于能够实现超低排放甚至零排放的要求，因此得到了国家政府和企业的高度重视，并被视为调整交通能源使用结构和改善城市大气环境质量的有效途径之一。电力驱动及控制系统是新能源汽车的核心，主要包括了：驱动电机，变频器、动力电池。动力电池、驱动电机及控制器的性能对整个电动汽车的性能起到至关 重要的作用，如下图所示。控制系统冶 广州致远电子股份有限公司新能源汽车教学平台系统CANScope总线分析仪 |畀丿Fn-HN+H r-i i-： x»- ,；V腔頻转帳WI地罕审那PA6000高辂度功率分折仪斷诞源汽车餡效

2、分折与钢i评任专羸童300说亠30（学灰动取范團器试 nBrtnrir- rrah*njww mrara, 6gHW朗更|«加时图1新能源汽车的基本结构新能源汽车教学平台系统采用了与实际电动汽车电力驱动及控制系统类似的组成部分，能够直观、真实地模拟电动汽车的实际组成结构和运行工况，并能够对整个系统进行测试分析， 能够满足在新能源汽车领域教学和科研中的需求。蚩冲曲与日胡占廉放4»S冋和ivftiixV 1BJ&转速将性押析 bktAadtaQumiMU.电lb孤 3月|幅出足 X图2新能源汽车教学平台系统图解决问题« 直接测量变频器（电动汽车功率调节器）输入

3、和输岀，逆变效率测试。« 完善马达分析功能（选件测量扭转、转速、频率、转差率、马达功率）；« 测试汽车电子CAN总线相关数据； 模拟电动汽车主要组成部件，可进行车载总线评估； 针对车载的驱动系统进行评估测试；功能特点产品组成PAfiOOOta拒信号图3新能源汽车教学平台系统基本组成高精度功率分析仪：PA6000CAN 分析仪：CANScope-ProCANopen 主站卡：USBCAN-2E-PBMS 系统：ZBMS-100电机平台：ZMotor-100冶 广州致远电子股份有限公司新能源汽车教学平台系统功能特点«完整的驱动模拟系统：包括驱动电机，变频器以及制动器，

4、集成了高性能的扭矩和转速传感器；« 基于CAN-bus （CANopen网络）的驱动控制系统，能够完成对驱动系统的控制和监测；«可以集成基于CAN-bus总线的BMS系统； 集成高性能的功率分析仪 PA6000，可以对整个驱动系统的评估测试，满足新能源汽车教学平台在驱 动系统教学和科研中的需要；0 驱动系统效率测试0 变频系统性能测试0 动力系统性能测试0 驱动运行工况测试«集成高性能的CAN分析仪CANScope-Pro，可以对整个CAN-bus网络进行分析测试，满足新能源汽车教学平台CAN-bus网络协议教学科研需要；0 BMS系统协议分析，教学和研究0 驱动

5、控制系统协议分析，教学和研究0 新能源汽车整车协议分析，教学和研究0 SAE J1939高层协议分析，教学和研究0 并支持CANopen等其它高层协议分析，教学和研究提供有丰富的教学和开发资料，便于教学和科研应用冶 广州致远电子股份有限公司新能源汽车教学平台系统设备功能介绍1. PA6000高精度功率分析仪PA6000高精度功率分析仪可以广泛应用于节能和新能源领域，例如混合型电动汽车、电动汽车等功率设备的开发和性能评估。PA6000高精度功率分析仪可以对多相高电压和大电流进行精确测量，其功能特点如下：«采用先进的测量技术，支持 DC,0.1H冇1MHz带宽，保证了可靠的测量准确度，基

6、本精度：0.02%; 最多可以支持6相功率输入，所有的输入通道均电气隔离，避免各种应用中的短路； 同步采集所有相，精确测量电压、电流和功率参数； 提供丰富的分析功能：谐波闪变分析、频谱分析、采样波形显示和矢量图； 超大容量存储（10G），支持长时间的数据记录； 可通过外部传感器测量扭矩和转速，用于马达和驱动应用；«12.1”彩色液晶显示器，1280*800分辨率 良好的操作性：提供丰富、快捷的功能按键，并支持触摸屏和鼠标键盘控制«简单的用户界面确保操作简单、直观； 标准配置和自定义配置允许用户精确设定适合其应用的相应功能；« 标配USB、Ethernet和GPIB

7、三种接口，可以快速、方便地连接到PC。 配备有PC软件，可用来下载数据、分析和生成报表；图2PA6000功率分析仪采用PA6000功率分析仪搭建测试平台可以对电动汽车电力驱动系统进行精确的评估：PA6000功率分析仪的功率测量单元可以同时对电池输岀信号、变频器输入输岀信号进行测量分析，同时具有电机测量单元，可以对驱动电机的转速、扭矩信号进行测量。通过控制系统的配合，PA6000功率分析仪可以测量电机在不同转速、不同转矩下变频器的性能、电机的加速性能等，从而可以模拟岀汽车在高速或大阻力下整个系统的性能。PA6000可实现如下功能：电源输出电压、输出电流数值测量与波形显示；变频器输入/输出电压值和

8、电流值测量与波形显示；转速和扭矩信号测量与波形显示；变频器效率测量；变频器输岀信号谐波分析；电机效率测量。2. CANScope-Pro CAN 总线分析仪CANScope-Pro分析仪是CAN总线开发与测试的专业工具，集海量存储示波器、网络分析仪、误码率分析仪、协议分析仪及可靠性测试工具于一身，并把各种仪器有机的整合和关连；重新定义CAN总线的开发测试方法，可对CAN网络通信正确性、可靠性、合理性进行多角度全方位的评估；帮助用户快速定位故障节点，解决 CAN总线应用的各种问题，是CAN总线开发测试的终极工具。图 3 CANScope-Pro 产品CANScope-Pro 主要功能：CAN示波

9、器：捕获CAN总线上的信号并分析；CAN眼图：对总线信号按位进行叠加显示、统计分析；CAN报文：对捕获到的 CAN帧进行显示，提供统计报表等；CAN波形：将模拟波形转化成二进制码流，并解码形成CAN帧；网络共享：提供远程多人协作分析功能；CANScopeEx :多种应用层协议数据的发送与解析；支持CANopenJ1939DeviceNetiCAN 等协议。自定义分析：用户可指定协议规则，实现仪表显示、趋势图显示等功能。CANScope-Pro应用在汽车电子网络或者工业自动化网络中如下图所示。图4 CANScope-Pro应用示意图CANScope-Pro可以对电动车的整车 CAN-bus网络进

10、行测试和分析，对整车CAN-bus网络性能进行评估。也可以借助于CANScope-Pro的完成电动车整车 CAN-bus网络协议的制定、研究等教学和科研任务。3. 电池管理ZBMS-100BMS系统ZBMS-100 （以下简称为系统）主要用于电动车动力系统主要部件电池组的电池电压、表面温度和电池组总电压、总电流的监测。系统由监控系统主节点（以下简称主节点）、电池检测子节点（以下简称子节 点）、LCD诊断仪和CAN总线网络组成。采集到的电容电压、电流、温度等数据通过符合SAEJ1939协议的CAN总线与整车仪表系统连接。系统特性如下：主节点同时支持SAEJ1939、iCAN网络协议接口；可同时检

11、测18个电池单体电压，每个电池电压 05V;可同时检测每组电池的表面温度，检测范围0100C，误差1C;主节点具有电压传感器接口，输入电压土5V，可连接电压传感器用于电池组总电压测量；主节点具有电流传感器接口，输入电流0120mA，可连接电流传感器用于电池组总电流测量；主节点具有4路继电器输岀接口，可用于控制外部风机或指示灯；LCD诊断仪可以显示系统所有电压、电流、温度参数，并输入报警上下限；系统供电：DC24V2A ；工作温度：-20+85 °Co4.电机平台ZMotor-100电机平台ZMotor-100主要包括：动力电池，智能充电机，变频器，扭矩传感器，制动器，CANopen主

12、站卡 USBCAN-E-P，NDAM 数据采集模块（NDAM-9020、NDAM-7404、NDAM-4400 和 NDAM-6608 ）。CANopen主站卡USBCAN-E-P，NDAM系列数据采集模块组成电机平台的控制系统，能够通过CANopen总线对整个电机平台进行控制，调整电机平台的运行参数。1）电机部分组成电机部分组成包括了：动力电池，智能充电机，变频器，扭矩传感器，制动器。通过电源和变频器控制电 机运行，通过制动器可以调节电机的负载大小，扭矩传感器可以对电机运转时的扭矩和转速进行测量。动力电池参数：高性能锂动力电池；标称电压48V标称容量60Ah ；最大放电电流2C；推荐充电电流

13、20A ；充电限制电压54V ；放电限制电压37.5V ；工作温度：充电 0C 45C，放电-20C45 C；存储温度：短期（1个月）-20C 45C，长期（1年）-20C20C；存储湿度：V 70%智能充电机功能特点：根据锂电池特性设计充电曲线，提高电池安全性和延长电池寿命；保护功能齐全：过压，过流、反接、短路、过温；防护等级高：防水防尘性能好；智能程度高：有远近控转换模式，方便调试及应急充电；CAN通讯，可根据BMS指令进行充电；充电电压：30V54.7V ；最大充电电流：30A输入功率因数高：> 98%整机效率高：> 93%工作温度范围宽：-30 °C75Co变频器

14、功能特点：额定输入电压48V;连续电流85A;峰值电流250A;内置保护功能，输岀过流，过电压，电池电压过低，温度过高等保护；采用CAN总线通信；控制策略：矢量控制。电机功能特点：电机输出功率3KW ；电机输岀转矩15N.m ；电机额定转速1500rpm ；扭矩传感器功能特点：扭矩测量范围：050N.m；转速测量范围：06000rpm ；测量精度0.5%FS;过载能力：150%FS；扭矩信号的提取方式为应变电测技术，动态响应快。制动器功能特点：转矩：150N.m；转速：03000rpm；连续运行功率3KW ；水冷连续运行功率6KW ；转子为空心鼓形转子，惯性小，承受离心力大；力矩产生是由磁粉链

15、的拉力形成，力矩变化具有缓冲性；静态转矩力矩平滑，没有齿槽波动转矩，无剩磁转矩；无摩擦结构，使用寿命长；操作方便，只需调节励磁电流即可改变力矩大小。2) CANopen 主站卡 USBCAN-E-PUSBCAN -E-P是集成1路隔离CAN通道，支持 CANopen主站协议的 USB-CAN接口卡。该设备遵循 CANopen规范DS301，具有USN2.0全速接口，支持 32个从站，128个RPDO和512个TPDO。在新能源汽车教学平台系统中USBCAN-E-P通过发送 RPDO控制变频器启停和输出不同频率；通过发送RPDO控制NDAM-4400输出电压信号控制制动器的转矩；通过接受NDAM

16、-9020发送的TPDO测量转速、扭矩信号和温度信号。USBCAN-E-P功能特点：遵照CANopen规范DS301 V4.02和DS303-3进行设计；支持PDO、SDO、紧急报文发送； 支持所有NMT网络管理功能；支持所有PDO通讯类型，并可实现对每个 PDO的监控; 主站卡硬件自动存储紧急报文；一路电气完全隔离的 CAN通道；支持5Kbps1Mbps之间的标准波特率；ESD （静电放电）保护：IEC 61000-4-2 Level 3 ；CAN通信接口支持2KV、5/100HZ群脉冲保护；CAN通信接口支持2KV、5/100HZ浪涌保护；内置120欧姆终端电阻，可通过跳线选择；2500V

17、rms电气隔离保护；工业级环境温度：-20 C+85 °C ；3）NDAM系列模块NDAM是新一代基于网络通讯的刀片式数据采集控制系统。采用积木化结构，简单、灵活，通讯模块和各种数据采集控制模块自由组合， 应对各种现场应用。NDAM系统可通过RS-485/RS-422/RS-232、以太网或CAN-bus 等通讯方式实现对现场各种传感器的数据采集和设备的远程控制。在新能源汽车教学平台系统中，采用NDAM-9020作为通信模块，该模块以 CANopen协议作为通信协议；采用NDAM-7404计数测频模块采集扭矩和转速信号；采用 NDAM-4400模拟量输出模块控制制动器；采用 NDAM-6608热电偶采集模块测量电机和制动器的温度。图5 NDAM系列模块示意图NDAM系列模块功能特点:32位ARM处理器；嵌入式实时操作系统;ESD保护；支持远程升级；工作温度范围：-20C+85 °C;工业级塑料外壳，标准 DIN导轨安装。NDAM-7404功能特点输入路数：2路隔离输入和2路非隔离输入；最大计数值：32bits；可编程数字滤波：165535US；输入信号频率：非隔离通道：<100kHz;隔离通道：vIMHz ；2路非隔离输入电压：可编程门槛电压；可选择门控输入模式，对测量值进行捕获；具有匹配超限功能，匹配超限值独立配置。NDA