【系统方案】新能源汽车教学平台系统方案_图文

1、新能源汽车教学平台系统完全满足新能源汽车领域教学和科研需求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。 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

2、领域教学和 科研中的需求。 图 2 新能源汽车教学平台系统图 直接测量变频器(电动汽车功率调节器输入和输出,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;产品组成 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:PA6000 CAN 分析仪:CANScope-Pro CANopen 主站卡:USBCAN-2E-P BMS 系统:ZBMS-100 电机平台:ZMotor-100完整的驱动模拟系统:包括驱动电机,变频器以及制动器,集成了高

3、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;o 驱动系统效率测试o 变频系统性能测试o 动力系统性能测试o 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;o BMS 系统协议分析,教学和研究o 驱动控制系统协议分

4、析,教学和研究o 新能源汽车整车协议分析,教学和研究o SAE J1939高层协议分析,教学和研究o 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,0.1Hz 1MHz 带宽,保证了可靠的测量准确度,基本精度:0.02%; 最多可以支持 6相功率输入,所有的输入通

5、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 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

6、成报表;图 3 PA6000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出信号、 变频器输入输出信号进行测量分析, 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,从而可以模拟出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

7、频器效率测量;变频器输出信号谐波分析;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 4 CANScope-Pro产品CANScope-Pro 主要功能:CAN 示波器:捕获 CAN 总线上的信号

8、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 5 CANScope-Pro 应用示意图CANScope-Pro 可以对电动车的整车 CAN-bus 网络进

9、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、

10、 iCAN 网络协议接口;可同时检测 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 0100,误差 <1;主节点具有电压传感器接口,输入电压±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路继电器输出接口,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。4. 电机平台 ZMotor-100电机平台 ZMotor-100主要包括:动力电池,智能

11、充电机,变频器,扭矩传感器,制动器, CANopen 主站 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

12、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 20A ;充电限制电压 54V ;放电限制电压 37.5V ;工作温度:充电 0 45,放电 -20 45;存储温度:短期(1个月 -20 45,长期(1年 -20 20;存储湿度:<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

13、效率高:93%;工作温度范围宽:-30 75。变频器功能特点:额定输入电压 48V ;连续电流 85A ;峰值电流 250A ;内置保护功能,输出过流,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 ;电机输出转矩 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

14、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

15、 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-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 5Kbps 1Mbps之间的标准波特率; ESD (静电放电保护:IEC 61000-4-2

16、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; 2500Vrms 电气隔离保护;工业级环境温度:-20 +85 ;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

17、,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 6 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:-20+85; 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:<1MHz;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。NDAM-4400功能特点:4通道模拟量输出;12位双缓冲 D/A转换器;电压输出:010V;电流输出:020mA/420mA ;输出精度:±