安全高效的电动汽车和混动汽车高压测量方案

汽车行业正经历着“新四化”从概念向实际转化的过程（新四化即电动化、智能化、网络化、共享化），各大车企也将调整发展布局，而混合动力及电动汽车自然就成为了主要关注点。

对于混合动力汽车（PHEV）和新型全电汽车（EV）而言，12V电压已不能满足当前需求，它们分别需要使用48V与400V的电池来替换12V的，由此，电压、电流及温度的测量也变得愈发重要。

1. 测量电流方式还是依靠传统电流钳？

使用传统电流钳较繁琐。电动汽车有一个复杂的高压（HV）电气系统，为了安全和减少电磁干扰，这些高度专业化的电力电缆内外绝缘层之间还有一个编制屏蔽网。由于它的屏蔽效果非常好，可用于信号屏蔽，且抗干扰能力极强，因此如果简单使用高压电流钳是无法测到电流的，而是需要将被测点的屏蔽网剥离，或是在高压分线盒内部的线缆上测电流，从而导致了传统电流钳的使用变得繁琐。

2. 还在直连被测点测电压？

测量高压电压的时候，常用的是破线或将线缆接在被测点的两端。前者，破线可能会有安全隐患；而后者，直接用夹子夹住被测点正负极，这在车辆剧烈运动的情况下，就可能会导致测量器具脱落，从而影响试验数据和效率。

电动汽车测试通常有两种测量手段：

1. 测量模拟量信号，包括高压电压、电流、温度。其中，测量电压是用于判断输出稳定性和电池工作状态；测量电流是用于分析能量的产生、消耗、流向和回收情况；测量温度是为了判断电池的工作状态和高压部件的工作或散热情况。

2. 使用数据记录仪或CAN/LIN卡从车辆总线读取数据。通过CAN卡或数据记录仪读取的ECU信息可帮助我们采集剩余电量SOC、高压环路互锁状态和绝缘电阻。

本文主要说的是第一种测量模拟量信号。

| 高压分流计

• 以PDU为例，将我们的高精度电压电流测量分流器串联入系统中。这个模块相较于方法一是将高压隔离和限流器都内置在这个模块中，经过内部高压隔离器，0~1000V的高压可转换为0~2V的安全电压；经过内置电流隔离器，高压信号可转换为低压信号，从而保证测试工程师的人身安全。

• 再通过模拟量数采模块可将电压信号转换为高速CAN信号，之后通过数据记录仪或CAN卡传至上位机软件，以进行数据的采集、显示和分析。

• 只需在测量电路中串联HVshunt2，即可进行测量需要的电压电流，而无需在外出试验时携带额外的模块，由此大大减少了安装的繁复性并提升了工程师的工作效率。

（图1 PDU高压电压采集流程）

（图2 HVshunt2）

（图3 HVshunt2内部线路示意图）

高压部分的温度测量系统组成如下图所示。例如测量电池表面的温度，前面是高压温度热电偶，在接入高压温度测量模块后，再将数据传至数据记录仪或通过CAN卡传至电脑。

（图4 IPETRONIK高压温度采集设备连接图）

（图5 HVshunt在实车上的示例）

| 高精度高压电流测量分流器：HVshunt2

（图6 HVshunt2）

• 适用于电动和混合动力汽车；

• 高压输入高达1000V；

• 直流电电流测量通过电流互感器可达900A；

• 精度：0.2%；

• 用于连接高压网络的专用插头可定制；       

• 内置Iso分压器；

• 直接连接到SENS模块。

| 高压热电偶模块（多插头）：M-THERMO2 HV 1000V (multi plug) 

（图7 M-THERMO2）

• 4通道K型高压热电偶测量模块（多插头）；

• 单通道采样率：100Hz；

• 分辨率：24位；

• 测量范围：-60~1370℃；

• 测量精度：±0.035%；

• 通道内部含有冷端补偿；

• 电气隔离；

• 车载供电：9~36VDC；

• 模块防护等级：IP67；

• 工作温度：-40~125℃，抗冲击振动。

| 模拟量采集模块：M-SENS3 8

（图8 M-SENS3 8）

• 支持电压和电流信号测量；

• 8通道模拟量信号输入；

• 采样率可达5kHz，通道供电：0~15VDC/±15VDC；

• 测量范围：±10mV~±100V（电压），0~±20mA（电流）；

• 测量精度：±0.025%（电压）±0.05%（电流）；

• 硬件滤波：600Hz；

• 防护等级：IP67；

• 相对湿度：5~95%；

• 配置接口：CAN/CAN FD；

• 工作电压：6~59VDC；

• 工作温度：-40~125℃。

与我们正常使用IPEmotion一样，通过设置模拟量模块比例关系，我们能轻松得到被测电路的电压、电流和温度。

（图9 IPEmotion中HVshunt通道显示）

（图10 IPEmotion中温度信号采集通道显示）