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电动汽车高压零部件供电适应性测试方案

无论是新能源还是传统的汽车,在启动、行驶过程中,由于复杂的工况,会导致供电母线上电压剧烈的波动。这就给众多的车载控制和用电设备的安全、可靠性带来巨大隐患。因此,车载的用电设备,无论是动力还是控制,必须具备足够的供电适应能力。

【导读】无论是新能源还是传统的汽车,在启动、行驶过程中,由于复杂的工况,会导致供电母线上电压剧烈的波动。这就给众多的车载控制和用电设备的安全、可靠性带来巨大隐患。因此,车载的用电设备,无论是动力还是控制,必须具备足够的供电适应能力。


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供电适应性相关的标准体系


汽车行业的开发和设计工程师,都会了解ISO16750,7637等汽车零部件电气特性和安全测试规范。ISO在出台标准时,涉及企业和组织的数量众多,定义的测试要求相对比较低。有些国家、地区和企业联盟,在此基础上,制订了更高要求的区域或企业标准,如JASO D001-94(日本汽车行业标准),SAE J1113-2(美国汽车工程师学会),VW80000/LV124/LV148(大众汽车),Ford FMC 1278(福特汽车)。


波形的定义


与此相关标准,核心是电压波形定义和测评实施要求,以及波形对应的真实环境。例如下图的瞬态跌落电压、抛负载波形。


瞬间跌落波形


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解释:模拟电路短路瞬间,出现意外高短路电流,母线电压快速跌落,大电流熔断器或断路器熔断,之后电压又恢复正常。电压跌落持续时间很短(少于100ms)。瞬态电压跌落会对周围的用电设备产生短时供电中断。


目的:模拟在电压瞬间跌落过程中,其他电路功能是否符合设计。


测试评价标准:等级B,或更严格的等级A。


设计和改进方法:


1. 增大电压输入端的储能电容,满足在跌落期间控制器的用电需求。

2. 增加辅助的boost电路,在电压跌落到某一电压时,启动boost电路,维持正常电压。


抛负载波形


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解释:启动马达或大电流用电设备,在开启或关闭电源的瞬间,电压在短时间内突然发生不正常陡升现象。12V系统中电压尖峰可能高达100V,24V系统甚至高达200V,持续400mS左右恢复到正常。车载电子产品,特别是微电子组件极容易被电压陡升陡降破坏。


目的:模拟抛负载工况下功能是否符合设计。


测试评价标准:等级C。


设计和改进方法:使用TVS瞬态抑制保护电路,将电压限制在相对较低的范围内,如12V系统,尖峰电压限制在35V以内,24V系统限制在60V以内。


测试评价标准等级的定义


在实施标准中定义的电压波形驱动时,被测对象可能会造成性能、功能上的差异,甚至损坏。电压波动的影响可以分为两个阶段,即异常电压期间和电压恢复正常之后;再根据造成的影响程度,可依次划分为不受影响、性能下降、自动重启、人为重启和物理损坏五个等级,通常用英文字母ABCDE表示。


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测试手段


实力雄厚的公司或者认证检测机构,通常采用专用的测试系统,执行标准中定义的测试项,提供产品兼容性测试报告,作为产品是否达标的资质证明,这些系统往往价格昂贵,功能单一,即使大厂也很少。


对于绝大多数公司的研发测试工程师来说,受到预算的限制,以及在产品失效分析和改进时,需要做更多、更灵活的参数调整。集高性能电源、任意波形、示波器、数据记录仪于一体的APS先进电源系统受到工程师的广泛青睐。


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APS先进电源系统用于车载电源适应性测试:


•功率20W至30KW(并机600KW),最高电压2000V,最大电流800A。

•电压斜率高达10000V/mS(2000V上升/下降时间,<200us)并可编辑 64KSa点任意波形。

•200kSa/s、18bit 数字化仪和长时间的数据记录,直接进行高达2000V,800A的同时测量。

•BV9200 APS程控和分析软件,可实现常见标准波形、波形拼接序列、数学公式,波形文件导入等多种方式。


APS 波形编辑和生成工具

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APS 生成电压瞬态跌落

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电动汽车高压零部件电气特性和安全测试


新能源汽车中,功率强大的动力系统,造成车载供电总线的不稳定因素大幅上升;而电池电压的逐步升级,1000V的高压瞬态模拟和测试的要求也应运而生。例如,由欧洲各大车厂编订的新能源汽车电气特性测试及安全规范LV123,旨在验证汽车中高压组件的安全性和电气参数,如高压电池系统、逆变器、高压转低压DC-DC,车载充电机OBC等。


LV123 标准测试项目的定义与上述ISO17650或LV124标准定义的测试项目基本类似,分为静态和动态的测试项目,如抛负载,高压直流叠加交流纹波等。最主要区别就在于更高的电压等级。


利用RP7983A 高压、大功率APS电源,单台功率30KW,最高电压2000V,高达10000V/mS的电压斜率(2000V上升/下降时间<200us),可以为工程师在研发和验证过程中的测试提供了方便。


在1200V直流电压上叠加频率10KHz,峰峰值135V纹波

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RP7983A实现480V系统抛负载波形,抛负载电压620V

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THE END
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