電子測量儀器

概述
新能源汽車由于能夠實現超低排放甚至零排放的要求，因此得到了國家政府和企業的高度重視，并被視為調整交通能源使用結構和改善城市大氣環境質量的有效途徑之一。電力驅動及控制系統是新能源汽車的核心，主要包括了：驅動電機，變頻器、動力電池。動力電池、驅動電機及控制器的性能對整個電動汽車的性能起到至關重要的作用，如下圖所示。

新能源汽車教學平臺系統采用了與實際電動汽車電力驅動及控制系統類似的組成部分，能夠直觀、真實地模擬電動汽車的實際組成結構和運行工況，并能夠對整個系統進行測試分析，能夠滿足在新能源汽車領域教學和科研中的需求。

? 解決問題
? 直接測量變頻器（電動汽車功率調節器）輸入和輸出，逆變效率測試。
? 完善馬達分析功能（選件測量扭轉、轉速、頻率、轉差率、馬達功率）；
? 測試汽車電子CAN總線相關數據；
? 模擬電動汽車主要組成部件，可進行車載總線評估；
? 針對車載的驅動系統進行評估測試；

產品組成

?  高精度功率分析儀：PA6000
? CAN分析儀：CANScope-Pro
? CANopen主站卡：USBCAN-2E-P
? BMS系統：ZBMS-100
? 電機平臺：ZMotor-100

功能特點
? 完整的驅動模擬系統：包括驅動電機，變頻器以及制動器，集成了高性能的扭矩和轉速傳感器；
? 基于CAN-bus（CANopen網絡）的驅動控制系統，能夠完成對驅動系統的控制和監測；
? 可以集成基于CAN-bus總線的BMS系統；
? 集成高性能的功率分析儀PA6000，可以對整個驅動系統的評估測試，滿足新能源汽車教學平臺在驅動系統教學和科研中的需要；
o 驅動系統效率測試
o 變頻系統性能測試
o 動力系統性能測試
o 驅動運行工況測試
? 集成高性能的CAN分析儀CANScope-Pro，可以對整個CAN-bus網絡進行分析測試，滿足新能源汽車教學平臺CAN-bus網絡協議教學科研需要；
o BMS系統協議分析，教學和研究
o 驅動控制系統協議分析，教學和研究
o 新能源汽車整車協議分析，教學和研究
o SAE J1939高層協議分析，教學和研究
o 并支持CANopen等其它高層協議分析，教學和研究
? 提供有豐富的教學和開發資料，便于教學和科研應用 ? 設備功能介紹
1. PA6000高精度功率分析儀
PA6000高精度功率分析儀可以廣泛應用于節能和新能源領域，例如混合型電動汽車、電動汽車等功率設備的開發和性能評估。PA6000高精度功率分析儀可以對多相高電壓和大電流進行精確測量，其功能特點如下：
? 采用先進的測量技術，支持DC,0.1Hz～1MHz 帶寬，保證了可靠的測量準確度，基本精度：0.02%；
? 最多可以支持6相功率輸入，所有的輸入通道均電氣隔離，避免各種應用中的短路；
? 同步采集所有相，精確測量電壓、電流和功率參數；
? 提供豐富的分析功能：諧波閃變分析、頻譜分析、采樣波形顯示和矢量圖；
? 超大容量存儲（>10G），支持長時間的數據記錄；
? 可通過外部傳感器測量扭矩和轉速，用于馬達和驅動應用；
? 12.1” 彩色液晶顯示器， 1280*800分辨率
? 良好的操作性：提供豐富、快捷的功能按鍵，并支持觸摸屏和鼠標鍵盤控制
? 簡單的用戶界面確保操作簡單、直觀；
? 標準配置和自定義配置允許用戶精確設定適合其應用的相應功能；
? 標配USB、Ethernet和GPIB三種接口，可以快速、方便地連接到 PC。
? 配備有PC 軟件，可用來下載數據、分析和生成報表；

采用PA6000功率分析儀搭建測試平臺可以對電動汽車電力驅動系統進行精確的評估：PA6000功率分析儀的功率測量單元可以同時對電池輸出信號、變頻器輸入輸出信號進行測量分析，同時具有電機測量單元，可以對驅動電機的轉速、扭矩信號進行測量。通過控制系統的配合，PA6000功率分析儀可以測量電機在不同轉速、不同轉矩下變頻器的性能、電機的加速性能等，從而可以模擬出汽車在高速或大阻力下整個系統的性能。PA6000可實現如下功能：
? 電源輸出電壓、輸出電流數值測量與波形顯示；
? 變頻器輸入/輸出電壓值和電流值測量與波形顯示；
? 轉速和扭矩信號測量與波形顯示；
? 變頻器效率測量；
? 變頻器輸出信號諧波分析；
? 電機效率測量。
2. CANScope-Pro CAN總線分析儀
CANScope-Pro分析儀是CAN總線開發與測試的專業工具，集海量存儲示波器、網絡分析儀、誤碼率分析儀、協議分析儀及可靠性測試工具于一身，并把各種儀器有機的整合和關連；重新定義CAN總線的開發測試方法，可對CAN網絡通信正確性、可靠性、合理性進行多角度全方位的評估；幫助用戶快速定位故障節點，解決CAN總線應用的各種問題，是CAN總線開發測試的終極工具。

CANScope-Pro主要功能：
? CAN 示波器：捕獲CAN總線上的信號并分析；
? CAN 眼圖：對總線信號按位進行疊加顯示、統計分析；
? CAN 報文：對捕獲到的CAN幀進行顯示，提供統計報表等；
? CAN 波形：將模擬波形轉化成二進制碼流，并解碼形成CAN幀；
? 網絡共享：提供遠程多人協作分析功能；
? CANScopeEx：多種應用層協議數據的發送與解析；支持CANopen\J1939\DeviceNet\iCAN等協議。
? 自定義分析：用戶可指定協議規則，實現儀表顯示、趨勢圖顯示等功能。
CANScope-Pro應用在汽車電子網絡或者工業自動化網絡中如下圖所示。

CANScope-Pro可以對電動車的整車CAN-bus網絡進行測試和分析，對整車CAN-bus網絡性能進行評估。也可以借助于CANScope-Pro的完成電動車整車CAN-bus網絡協議的制定、研究等教學和科研任務。
3. 電池管理ZBMS-100 BMS系統ZBMS-100（以下簡稱為系統）主要用于電動車動力系統主要部件電池組的電池電壓、表面溫度和電池組總電壓、總電流的監測。系統由監控系統主節點（以下簡稱主節點）、電池檢測子節點（以下簡稱子節點）、LCD診斷儀和CAN總線網絡組成。采集到的電容電壓、電流、溫度等數據通過符合SAEJ1939協議的CAN總線與整車儀表系統連接。 系統特性如下：

?  主節點同時支持SAEJ1939、iCAN網絡協議接口；
? 可同時檢測18個電池單體電壓，每個電池電壓0~5V；
? 可同時檢測每組電池的表面溫度，檢測范圍0~100℃，誤差<1℃；
? 主節點具有電壓傳感器接口，輸入電壓±5V，可連接電壓傳感器用于電池組總電壓測量；
? 主節點具有電流傳感器接口，輸入電流0~120mA，可連接電流傳感器用于電池組總電流測量；
? 主節點具有4路繼電器輸出接口，可用于控制外部風機或指示燈；
? LCD診斷儀可以顯示系統所有電壓、電流、溫度參數，并輸入報警上下限；
? 系統供電：DC24V@2A；
? 工作溫度：-20~+85℃。
4. 電機平臺ZMotor-100 電機平臺ZMotor-100主要包括：動力電池，智能充電機，變頻器，扭矩傳感器，制動器，CANopen主站卡USBCAN-E-P，NDAM數據采集模塊（NDAM-9020、NDAM-7404、NDAM-4400和NDAM-6608）。 CANopen主站卡USBCAN-E-P，NDAM系列數據采集模塊組成電機平臺的控制系統，能夠通過CANopen總線對整個電機平臺進行控制，調整電機平臺的運行參數。 1) 電機部分組成 電機部分組成包括了：動力電池，智能充電機，變頻器，扭矩傳感器，制動器。通過電源和變頻器控制電機運行，通過制動器可以調節電機的負載大小，扭矩傳感器可以對電機運轉時的扭矩和轉速進行測量。 動力電池參數：
? 高性能鋰動力電池；
? 標稱電壓48V
? 標稱容量60Ah；
? 最大放電電流2C；
? 推薦充電電流20A；
? 充電限制電壓54V；
? 放電限制電壓37.5V；
? 工作溫度：充電0℃~45℃，放電-20℃~45℃；
? 存儲溫度：短期（1個月）-20℃~45℃，長期（1年）-20℃~20℃；
? 存儲濕度：＜70% 智能充電機功能特點：
? 根據鋰電池特性設計充電曲線，提高電池安全性和延長電池壽命；
? 保護功能齊全：過壓，過流、反接、短路、過溫；
? 防護等級高：防水防塵性能好；
? 智能程度高：有遠近控轉換模式，方便調試及應急充電；
? CAN通訊，可根據BMS指令進行充電；
? 充電電壓：30V~54.7V；
? 最大充電電流：30A
? 輸入功率因數高： ≥98%；
? 整機效率高： ≥93%；

? 工作溫度范圍寬： -30℃ ～ 75℃。 變頻器功能特點：
? 額定輸入電壓48V；
? 連續電流85A；
? 峰值電流250A；
? 內置保護功能，輸出過流，過電壓，電池電壓過低，溫度過高等保護；
? 采用CAN總線通信；
? 控制策略：矢量控制。 電機功能特點：
? 電機輸出功率3KW；
? 電機輸出轉矩15N.m；
? 電機額定轉速1500rpm； 扭矩傳感器功能特點：
? 扭矩測量范圍：0~50N.m；
? 轉速測量范圍：0~6000rpm；
? 測量精度0.5%FS；
? 過載能力：150%FS；
? 扭矩信號的提取方式為應變電測技術，動態響應快。 制動器功能特點：
? 轉矩：1~50N.m；
? 轉速：0~3000rpm；
? 連續運行功率3KW；
? 水冷連續運行功率6KW；
? 轉子為空心鼓形轉子，慣性小，承受離心力大；
? 力矩產生是由磁粉鏈的拉力形成，力矩變化具有緩沖性；
? 靜態轉矩力矩平滑，沒有齒槽波動轉矩，無剩磁轉矩；
? 無摩擦結構，使用壽命長；
? 操作方便，只需調節勵磁電流即可改變力矩大小。
2) CANopen主站卡USBCAN-E-P
USBCAN-E-P是集成1路隔離CAN通道，支持CANopen主站協議的USB-CAN接口卡。該設備遵循CANopen規范DS301，具有USN2.0全速接口，支持32個從站，128個RPDO和512個TPDO。在新能源汽車教學平臺系統中USBCAN-E-P通過發送RPDO控制變頻器啟停和輸出不同頻率；通過發送RPDO控制NDAM-4400輸出電壓信號控制制動器的轉矩；通過接受NDAM-9020發送的TPDO測量轉速、扭矩信號和溫度信號。 USBCAN-E-P功能特點：
? 遵照CANopen 規范DS301 V4.02和DS303-3進行設計；
? 支持PDO、SDO、緊急報文發送；

?  支持所有NMT網絡管理功能；
? 支持所有PDO通訊類型，并可實現對每個PDO 的監控；
? 主站卡硬件自動存儲緊急報文；
? 一路電氣完全隔離的CAN通道；
? 支持5Kbps ~ 1Mbps之間的標準波特率；
? ESD（靜電放電）保護：IEC 61000-4-2 Level 3；
? CAN通信接口支持2KV、5/100Hz群脈沖保護；
? CAN通信接口支持2KV、5/100Hz浪涌保護；
? 內置120歐姆終端電阻，可通過跳線選擇；
? 2500Vrms電氣隔離保護；
? 工業級環境溫度：-20℃ ~ +85℃ ；
3) NDAM系列模塊 NDAM是新一代基于網絡通訊的刀片式數據采集控制系統。采用積木化結構，簡單、靈活，通訊模塊和各種數據采集控制模塊自由組合，應對各種現場應用。NDAM系統可通過RS-485/RS-422/RS-232、以太網或CAN-bus等通訊方式實現對現場各種傳感器的數據采集和設備的遠程控制。 在新能源汽車教學平臺系統中，采用NDAM-9020作為通信模塊，該模塊以CANopen協議作為通信協議；采用NDAM-7404計數測頻模塊采集扭矩和轉速信號；采用NDAM-9020作為通信模塊，該模塊以CANopen協議作為通信協議；采用NDAM-7404計數測頻模塊采集扭矩和轉速信號；采用NDAM-4400模擬量輸出模塊控制制動器；采用NDAM-6608熱電偶采集模塊測量電機和制動器的溫度。

? NDAM系列模塊功能特點：
? 32位ARM處理器；
? 嵌入式實時操作系統；
? ESD保護；
? 支持遠程升級；
? 工作溫度范圍：-20℃～+85℃；
? 工業級塑料外殼，標準DIN導軌安裝。 ? NDAM-7404功能特點
? 輸入路數：2路隔離輸入和2路非隔離輸入；
? 最大計數值：32bits；
? 可編程數字濾波：1~65535us；
? 輸入信號頻率：非隔離通道：<100kHz；隔離通道：<1MHz；

   2路非隔離輸入電壓：可編程門檻電壓；
? 可選擇門控輸入模式，對測量值進行捕獲；
? 具有匹配超限功能，匹配超限值獨立配置。 ? NDAM-4400功能特點：
? 4通道模擬量輸出；
? 12位雙緩沖D/A轉換器；
? 電壓輸出：0~10V；
? 電流輸出：0~20mA/4~20mA ；
? 輸出精度：±0.5% FSR；
? 隔離耐壓：2500VDC。 ? NDAM-6608功能特點
? 6路差分熱電偶隔離輸入通道；
? 8種型號標準熱電偶支持；
? 24位高精度ADC；
? 8路隔離數字量輸出通道；
? 狀態報警輸出；
? 隔離耐壓：3000 VDC。 ? NDAM-9020功能特點
? 遵照CANopen 規范DS301 V4.02和DS303-3進行設計；
? 支持PDO、SDO、緊急報文發送；
? 支持所有NMT網絡管理功能；
? 支持MiniUSB接口配置設備；
? CAN通道電氣隔離。