產品應用・用途

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能高速即時輸出數據與HILS同步的DATA LOGGER

EV開發過程的檢證段階中,可以活用模擬系統(Hardware in the Loop Simulation、以下簡稱為HILS)。
在沒有能夠監控電池組各電芯的BMS(Battery Management System)系統的狀態下,或是模擬EV車運行環境的充放電控制測試時,需要電池實機與電池模擬組合驗證。
這樣的驗證要求將各電芯的電壓與溫度的測量數據,即時且高速的輸入進模擬系統中。

本應用案例為,使用HIOKI DATA LOGGER測量各電芯的電壓與溫度,並將取得的數據活用於HILS的範例。

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本測量所要求的DATA LOGGER 性能

為了詳細把握電池電芯的充放電時的電壓變化,需要以秒為單位取的數據並控制。
像HILS這樣要求即時性的控制模擬系統需要將龐大的電芯數據快速導入系統之中。
因此DATA LOGGER 必須要具備高速取樣、多通道、低延遲等性能才能滿足系統所需。
此外測量高電壓的電池組時,測量設備也必須要具備對應安全等級的絕緣性能。

綜上所述,可以得知本測量所需的DATA LOGGER性能有以下條件:

・能高速取樣並將測得數據即時輸出
・具備高絕緣性能
・有能對應高電壓電池測量的通道數


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與HILS 系統連動最適合的DATA LOGGER

HIOKI的DATA LOGGER LR8102是可以模擬真實電池充放電時最適合的測量儀器。
與電壓・溫度模組M7100組合,構築測量系統。測量電池各電芯電壓與溫度,並將測量到的數據高速輸出到即時模擬系統。
(取樣速度依據測量的參數和使用通道數而有所限制。)
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DATA LOGGER LR8102 與電壓・溫度模組M7100 最適合與HILS 系統連動的理由有以下三點。

1. 高速取樣並測量的數據,可即時輸出:最快取樣速度5 ms
LR8102 使用UDP (User Datagram Protocol) 可將龐大的各電芯數據,在每次取樣時就將即時輸出。

一般的DATA LOGGER 測量與數據輸出的時機
一般的DATA LOGGER 要將測量到的數據傳送到其他系統時,需要使用通訊指令進行傳輸。
加上設定和操作時間,取得數據就必須花上一段時間。
這樣一來,取樣後並將數據輸出到其他系統的時機,會跟實際測量到的時機有誤差。
圖一顯示了一般DATA LOGGER 的測量與數據輸出的時機。
如下圖所顯示,電壓值在t7 之前就已經超過閾值了,但數據輸出的時機卻要等到t9 的時候才會進行輸出。
此外,需要將大量的測量數據一次取得,並毫無遺漏的傳輸到其他系統。
如果使用即時取得數據並回饋演算結果的HILS 系統的話,同時取得複數的資料,也可以選擇只使用最新的測量數據。
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HIOKI 的DATA LOGGER LR8102 高速、即時數據輸出
DATA LOGGER LR8102 可以將每次取樣的測量數據即時輸出到UDP。
各模組所測量到的數據可以傳送到以高速差動通訊連接的DATA LOGGER主機中。
次DATA LOGGER 中的數據傳送到主DATA LOGGER 則是透過光纖高速通訊。
所有的測量數據都會在5ms 內傳送到主DATA LOGGER 中。
統合的數據會透過實時操作系統並用LAN 輸出。
如此一來,從測量到輸出都具有充分的帶寬,就能實現低延遲獲得測量數據。
透過DATA LOGGER 使用UDP 方式即時輸出數據,可以實現將測量到的數據與HILS 的控制迴路同步。
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圖2 的圖表為,LR8102 的UDP 輸出通訊週期的實證測試結果。
每5ms 將測量數據透過UDP 輸出,並觀測延遲。
就算重複超過14 萬次,通訊周期也都保持在5 ms±600μs 內。
因其高度的周期安定性,將數據高速輸出到模擬系統也可以取得正確的測量數據。
(圖表顯示了通過交換式HUB 接收一數據包的結果。)
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2. 高絕緣性能:DC1500 V CAT II
為了安全測量高電壓電池組的電芯電壓,高絕緣性能是不可或缺的。
例如,要測量總電壓800V 的電池組電芯,模組間電壓800V 和對地電壓800V 的絕緣性能是必要的。
電壓・溫度模組M7100 具有EN IEC 61010 安全規格,DC 1500 V CAT II 的絕緣性能,能安全地測量高電壓系統。

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3. 有足夠對應高電壓電池測量的通道數:800 ch(5 ms 取樣時)
為了測量高電壓電池組的電芯電壓與溫度,就需要使用多通道測量。
例如,一個電芯電壓為4V 時,總電壓800V 的電池組就是由200 個電芯構成的。
若要測量所有電芯的電壓與溫度就需要400ch。
目前EV 的開發現場,也會有超過1000V 的實驗電池,未來會需要更多的測量通道。
DATA LOGGER LR8102,可透過DATA LOGGER 主機與測量模組的組合,自由擴張輸入通道數。
如圖三,將10 台M7100 連接LR8102 並使用光纖連接電纜連接其他組,可以構築最多可同步10 台主機、最多800ch 取樣速度5ms 的系統。
M7100 會將測量到的數據傳送到所連接的LR8102 中,並在5ms 內將所有數據傳送到主DATA LOGGER 中。
統合的數據會透過主DATA LOGGER輸出專用的LAN2 埠進行即時高速輸出。
注)1 台M7100 的使用通道數為8 ch 以內,所有通道的測量量程都為電壓時,能夠以5ms 的速度取樣。
  溫度測量可以以10ms 的速度取樣。
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圖三

系統範例

本段將介紹,使用最多DATA LOGGER LR8102 與電壓・溫度模組M7100 的組合系統範例。
LR8102 最多可同步10 台主機 。再將LR8102 各連接10 台M7100,就能組成使用了100 台M7100 模組的測量系統。
M7100 可以自由調整測量參數。以下範例為,100 台M7100 中有70 台為電壓測量、30 台為溫度測量的範例。
如圖4,將10 台LR8102 使用光纖電纜連接並同步。
而各個LR8102 也連接10 台 電壓・溫度模組M7100。
這樣組成的測量系統,可以一次測量電壓(560 ch、5ms 取樣)與溫度(450 ch、10 ms 取樣)。
所有的數據都能在5ms 以內統整到主DATA LOGGER 中,並使用輸出專用的LAN2 埠進行高速輸出。
LR8102 與測量模組組成多通道的測量系統,就能使用在1500V 的大規模電池系統的充放電測試並與HILS 系統連動。
注)1 台M7100 的使用通道數為8 ch 以內,所有通道的測量量程都為電壓時,能夠以5ms 的速度取樣。
  溫度測量可以以10ms 的速度取樣。

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結語

像HILS 這樣要求即時性的模擬系統,要將DATA LOGGER 組裝進系統裡的話,DATA LOGGER 的取樣速度與數據輸出速度就非常重要。
此外,若要測量高電壓電池組時,需要能多通道、高絕緣性能的DATA LOGGER。
HIOKI 的DATA LOGGER LR8102 與測量模組M7100 組合使用的話,最快取樣5ms,能夠安全且正確的取的數據,並高速的將數據輸出。
流暢的與HILS 系統連動,並幫助EV 的開發。
此外,本產品標配樣本應用程式DVD,此程式可以將LR8102 測量到的數據使用UDP 接收,並將數據轉換成物理量輸出並保存。

關於本產品詳細可參考HIOKI 的官方網站。若有DEMO 需求或是相關的諮詢,請至官網留言或是聯絡業務人員。
紀載內容為2024 年1 月12 日為止的資料。紀載內容可能會有改正與修訂的情形,請以實際情況為準。

 

-2024年2月製作

 

能高速即時輸出數據與HILS同步的DATA LOGGER.pdf (2.98M) file_download

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