純電動汽車電耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u5775純電動汽車電耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計案例 191951.1電耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)介紹 1289131.2傳感器簡介 37651.3信號采集方案 661911.4試驗(yàn)方案 9如果想要得到純電動乘用車電能的流動情況，就需要知道電能的分配情況，本次試驗(yàn)的純電動乘用車為北汽新能源汽車EC180，我們需要知道該車的動力總成結(jié)構(gòu)，從而設(shè)計合適的試驗(yàn)方案。本章首先對試驗(yàn)采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了介紹，然后闡述了信號采集方案和試驗(yàn)方法。電耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)介紹本次試驗(yàn)使用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件是美國國家儀器有限公司（NI）的開發(fā)的數(shù)采模塊，型號分別為cDAQ-9185及NI9220。cDAQ-9185是?專?為?小型?或?分布?式?傳感器?測量?系統(tǒng)?設(shè)計?的?總?線?供電?CompactDAQ?以太?網(wǎng)?機(jī)?箱。?該?機(jī)?箱?還?可?控制?C?系列?I/?O?模?塊?與?外部?主機(jī)?之間?的?定?時、?同步?和?數(shù)據(jù)?傳輸，cDAQ-9185可以提供4個插槽。NI9220模塊是可以實(shí)現(xiàn)同步輸入的16?通道?C?系列?電壓?輸入?模塊，NI?9220模塊?可?執(zhí)行?同步?差分?模擬?輸入，本次試驗(yàn)采集的信號都是差分信號。該模塊能夠測量模擬電壓信號的范圍是-10V-10V。本次試驗(yàn)的所有模擬信號都用NI9220模塊進(jìn)行采集，將NI9220模塊安裝到cDAQ-9185的插槽中，通過cDAQ-9185?可以把NI9220模塊采集的信號傳輸?shù)诫娔X上。我們將兩個模塊加上外殼，添加好散熱風(fēng)扇，并安裝好BNC信號接口。圖3.1展示了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件的外觀圖。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s11數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件外觀圖本次試驗(yàn)使用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件則是由LABview編寫[14]，LABview由美國國家儀器有限公司（NI）開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集以及儀器控制的軟件，LABview為用戶提供了圖形化的編程方法，能夠?qū)⒊绦蚩梢暬?。本次試?yàn)中cDAQ-9185?模塊把采集到的信號傳輸?shù)诫娔X,我們利用LABview軟件采集純電動車行駛過程中所發(fā)出的速度信號以及運(yùn)行過程中各個部件的電壓電流信號，在電腦上可以通過編寫好的LABview程序觀測信號的變化情況，并且可以把相關(guān)信號數(shù)據(jù)記錄到excel表格中。圖3.2為本次試驗(yàn)采取的LABview程序截圖圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s12試驗(yàn)采取的LABview程序截圖傳感器簡介本次試驗(yàn)所采用的傳感器有三類，分別是測試車輛行駛速度的光感非接觸式五輪儀，測試高電壓的差分探頭和測量電流的高精度卡鉗。測量電流的高精度卡鉗是由日本HIOKI公司設(shè)計生產(chǎn)，該卡鉗利用霍爾效應(yīng)對線束中流經(jīng)的電流進(jìn)行測量，由于試驗(yàn)車內(nèi)不同部件的線束直徑不同，所以一共使用了三種不同型號的傳感器，分別為3273,3275以及3275[15-16]。測量DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入電流以及輸入到空調(diào)的電流使用的是型號為3273的電流傳感器；測量DC-DC轉(zhuǎn)換器的電流使用的是型號為3274的電流傳感器；測量動力電池輸出電流使用的是型號為3275的電流傳感器。電流傳感器如圖3.3所示圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s13試驗(yàn)采取的電流傳感器測試高電壓的差分探頭也是由日本HIOKI公司設(shè)計生產(chǎn)，型號為P5200A。該傳感器測試溫度限制為0℃~40℃[17]，電壓傳感器如圖3.4所示圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s14試驗(yàn)采取的電壓傳感器而測試速度信號的非接觸式光感五輪儀則是由日本ONOSOKKI公式設(shè)計生產(chǎn)的[18]，該傳感器可以不用與地面接觸就可以測試出試驗(yàn)車行駛過程中的速度。速度傳感器如圖3.5所示，該五輪儀在試驗(yàn)車的安裝情況如圖3.6所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s15試驗(yàn)采取的速度傳感器圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s16五輪儀在試驗(yàn)車的安裝情況本次試驗(yàn)采用的純電動乘用車為北汽新能源汽車EC180，圖3.7為該車外觀圖。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s17EC180外觀圖該車的相關(guān)參數(shù)如下表3.1所示[19]，其中總質(zhì)量為該車的整備質(zhì)量與車上人員質(zhì)量和相關(guān)測試儀器質(zhì)量之和。該車制動時動力電池會由放電狀態(tài)改為充電狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)制動能量的回收。表3.1EC180參數(shù)表項(xiàng)目參數(shù)類型數(shù)值整車參數(shù)長×寬×高（mm）3675×1630×1518軸距（mm）2360總質(zhì)量（kg）1270最小離地間隙（mm）120前后輪胎尺寸165/60R14動力性能電機(jī)最大功率（kW）30電機(jī)最大扭矩（N·m）140最高車速（km·h）100電池參數(shù)電池類型三元鋰電池電池容量（kW·h）20.3220V電壓下充電時長（h）7NEDC綜合續(xù)航里程（km）156信號采集方案本次試驗(yàn)是要采集純電動汽車的能量流動情況，所以我們要將試驗(yàn)車動力電池流出的能量流經(jīng)哪些部件進(jìn)行系統(tǒng)的梳理，這樣才能知道能量的流向以及測出各個部件消耗能量的大小。本次試驗(yàn)車采用的是北汽新能源汽車EC180，在試驗(yàn)車行駛過程中，該車動力電池電能通過高壓配電盒分配給DC-DC轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和PTC加熱器。高壓配電盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.8所示圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s18高壓配電盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)由于本次試驗(yàn)只使用到空調(diào)系統(tǒng)，沒有使用PTC加熱器，所以并沒有采集PTC加熱器的電流。DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電流可以給12V蓄電池充電，并滿足其他低壓附件的工作。本次試驗(yàn)主要監(jiān)測了動力電池的輸出電壓和輸出電流、驅(qū)動電機(jī)的輸入電流，DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入輸出電流，空調(diào)系統(tǒng)的輸入電流以及12V蓄電池的電壓。本次試驗(yàn)主要是采集純電動乘用車在運(yùn)行狀態(tài)時內(nèi)部的電能流動情況，采取的信號采集方案如圖3.9所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s19信號采集方案示意圖我們用電壓為12V的鉛酸電池為電耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電，由于傳感器工作需要220V的交流電，所以本次試驗(yàn)中傳感器的電能是由該電池經(jīng)過逆變器提供的。由于本次試驗(yàn)采用的電流傳感器為鉗式傳感器，電壓傳感器為接觸式傳感器，所以測試電流時不需要輸電線的金屬線裸露，而測試12V蓄電池電壓時則需要電壓傳感器探頭與蓄電池正負(fù)極金屬直接接觸，測量動力電池電壓時則是從高壓配電盒中引出高壓信號線，并用差分探頭接觸信號線。實(shí)際的電流電壓傳感器安裝情況如圖3.10所示圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s110電流電壓傳感器安裝情況圖值得注意的是本次實(shí)驗(yàn)中測量12V蓄電池電壓采用了兩種方法，一種是直接將電壓傳感器探頭與蓄電池正負(fù)極金屬直接接觸，電壓傳感器信號輸入數(shù)采系統(tǒng)后用LABview對信號乘一定系數(shù)，該系數(shù)為1000，進(jìn)而得到12V蓄電池的電壓數(shù)據(jù)，另外一種是將3個5000歐姆的精密電阻串聯(lián)，并接到12V蓄電池上，將其中一個5000歐姆電阻的電壓信號輸入信號采集系統(tǒng)，并用LABview對信號乘一定系數(shù)，該系數(shù)為3，我們將兩種方式采集到的12V蓄電池電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可以得出第二種方式采集到的電壓數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，所以本次試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)采用的也是第二種方式采集的12V蓄電池電壓數(shù)據(jù)。試驗(yàn)方案本次試驗(yàn)為實(shí)際的上路試驗(yàn)，本次試驗(yàn)的環(huán)境溫度為28℃，試驗(yàn)日期是2021年6月4日。此次試驗(yàn)的純電動乘用車的行駛路線為清華大學(xué)汽車研究所進(jìn)入四環(huán)路到達(dá)地鐵東風(fēng)北橋站，開始行駛時空調(diào)并未開始工作，當(dāng)車輛行駛一段時間后空調(diào)系統(tǒng)開始工作。在本次純電動汽車行駛過程中實(shí)時采集各個部件的電壓電流數(shù)據(jù)，并通過LABview查看信號的波動情況。試驗(yàn)過程中信號較平穩(wěn)，所以得出的數(shù)據(jù)也具有參考價值。試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)采集情況如圖3.11所示圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*AR