Data logger HIOKI LR8102 – giải pháp thích hợp cho hệ thống mô phỏng HIL

Hardware-in-the-loop (HIL) hay hệ thống mô phỏng phần cứng trong phòng lặp được sử dụng trong giai đoạn xác minh quá trình phát triển xe điện (EV). Quy trình xác minh nâng cao của bộ pin kết hợp pin thực tế với công nghệ mô phỏng. Các thử nghiệm này được thực hiện trong các tình huống như xác minh/giám sát từng ô riêng lẻ trong bộ pin mà không có hệ thống quản lý pin (BMS) hoặc xác minh khả năng kiểm soát sạc/xả trong khi mô phỏng môi trường lái xe điện. Các thiết lập xác minh như vậy yêu cầu dữ liệu đo xác định điện áp và nhiệt độ của từng tế bào riêng lẻ để gửi theo thời gian thực tới hệ thống mô phỏng.

Yêu cầu của bộ ghi dữ liệu (data logger) sử dụng cho thử nghiệm mô phỏng này

Để đánh giá sự thay đổi điện áp ở mức độ chi tiết trong khi pin đang sạc hoặc xả, thiết bị phải được điều khiển và dữ liệu được ghi lại trong chu kỳ ngắn, cỡ mili giây. Trong các mô phỏng điều khiển sử dụng hệ thống HIL yêu cầu nguồn cấp dữ liệu theo thời gian thực, bộ đo dữ liệu phải có khả năng truyền một lượng lớn dữ liệu đo pin sang hệ thống ở tốc độ cao. Do đó, thiết bị ghi dữ liệu phải có mức hiệu suất cho phép xuất dữ liệu cho một số lượng lớn kênh được đo thông qua lấy mẫu tốc độ cao với độ trễ thấp. Hơn nữa, khi đo một bộ pin điện áp cao, thiết bị cần phải cung cấp đủ hiệu suất cách điện để có thể tiến hành thử nghiệm một cách an toàn.

Bộ ghi dữ liệu (data logger) được sử dụng cho loại phép đo này phải cung cấp ba loại hiệu suất sau:
· Khả năng xuất dữ liệu được đo thông qua lấy mẫu tốc độ cao trong thời gian thực
· Hiệu suất cách nhiệt cao
· Đủ kênh để đo ắc quy điện áp cao

Giải pháp ghi dữ liệu thích hợp cho hệ thống mô phỏng HIL

Data Logger LR8102 của Hioki lý tưởng để sử dụng trong các mô phỏng điều khiển liên quan đến việc sạc và xả pin thực tế. Hệ thống đo lường được mô tả trong ghi chú ứng dụng này kết hợp bộ ghi LR8102 với Mô-đun Điện áp/Nhiệt độ M7100. Hệ thống đo điện áp hoặc nhiệt độ ở từng cell pin và xuất dữ liệu đo được sang hệ thống mô phỏng thời gian thực ở tốc độ cao. (Tốc độ lấy mẫu bị giới hạn bởi các thông số được đo và số lượng kênh được sử dụng trên mỗi mô-đun.)

Xuất dữ liệu theo thời gian thực với tốc độ lấy mẫu cao: UDP & 5ms

Đo lường với thiết bị ghi dữ liệu điển hình và thời gian xuất dữ liệu

Thông thường, các lệnh liên lạc được sử dụng để truyền dữ liệu thu được từ bộ ghi dữ liệu (data logger) sang các hệ thống ngược dòng. Phải mất từ hàng chục đến hàng trăm mili giây để thu được từng điểm dữ liệu. Tốc độ truyền dữ liệu vào hệ thống không phải lúc nào cũng nhanh bằng tốc độ đo thực tế (thứ tự mili giây). Hình 1 minh họa phép đo và thời gian xuất dữ liệu cho một thiết bị ghi dữ liệu điển hình. Mặc dù giá trị điện áp vượt quá ngưỡng t7 nhưng dữ liệu đó không thể thu được cho đến t9.
Ngoài ra, để hệ thống ngược dòng thu được dữ liệu đo bậc mili giây mà không bỏ sót bất kỳ điểm dữ liệu nào, phải thu thập nhiều điểm dữ liệu cùng một lúc. Tuy nhiên, hệ thống mô phỏng HIL thu thập dữ liệu theo thời gian thực và cung cấp phản hồi dưới dạng kết quả tính toán, chỉ có thể sử dụng dữ liệu gần đây nhất, ngay cả khi chúng thu được một khối dữ liệu chứa nhiều điểm dữ liệu.

Đo lường với bộ ghi dữ liệu (data logger) Hioki LR8102

Bộ ghi dữ liệu (data logger) LR8102 có thể xuất dữ liệu đo theo thời gian thực ở mỗi chu kỳ lấy mẫu bằng UDP. Dữ liệu được đo bởi mỗi mô-đun được thu thập bởi thiết bị ghi dữ liệu, được kết nối với các mô-đun của nó thông qua kiến trúc truyền thông vi sai tốc độ cao được thiết kế mới. Dữ liệu được truyền từ bộ ghi dữ liệu (data logger) thứ cấp sang bộ thiết bị ghi dữ liệu chính thông qua liên lạc tốc độ cao qua kết nối cáp quang. Tất cả dữ liệu đo được tổng hợp bởi thiết bị ghi dữ liệu chính trong vòng 5 ms. Dữ liệu tổng hợp sau đó được hệ điều hành thời gian thực xuất ra từ cổng LAN của thiết bị. Việc thu thập dữ liệu đo lường có độ trễ thấp được thực hiện bằng cách khai thác kiến trúc phần cứng có đủ băng thông và khả năng xử lý thời gian thực để xử lý các tác vụ từ đo lường đến đầu ra. Bằng cách xuất dữ liệu từ bộ thiết bị ghi dữ liệu hệ thống ở tốc độ cao trong thời gian thực bằng UDP, dữ liệu đo được có thể được đưa vào vòng điều khiển của hệ thống mô phỏng HIL.

Biểu đồ trong Hình 2 trình bày kết quả kiểm tra xác minh chu trình liên lạc đầu ra UPD của LR8102. Trong thử nghiệm, dữ liệu đo được xuất qua CẬP NHẬT cứ sau 5 mili giây và quan sát thấy độ trễ. Kết quả cực kỳ ổn định, cho thấy chu kỳ liên lạc là 5 ms ±600 μs, ngay cả khi âm mưu được lặp lại hơn 140.000 lần. Nhờ độ ổn định cao của chu trình này, hệ thống mô phỏng có thể thu được dữ liệu đo ổn định ngay cả khi xuất ra ở tốc độ cao. (Biểu đồ mô tả kết quả nhận 1 gói thông qua hub chuyển mạch.)

Hiệu suất cách điện cao là điều cần thiết để đo điện áp di động trong bộ pin điện áp cao một cách an toàn. Ví dụ: để đo điện áp di động trong bộ pin có tổng điện áp 800 V, bạn sẽ cần một thiết bị có điện áp giữa mô-đun với mô-đun là 800 V và điện áp đầu nối với đất là 800 V. Cảm ơn đến hiệu suất cách điện 1500 V DC CAT II tuân thủ tiêu chuẩn an toàn EN IEC 61010, Mô-đun Điện áp/Nhiệt độ M7100 có thể đo lường các hệ thống điện áp cao một cách an toàn.

Đủ kênh để đo pin điện áp cao: 800 kênh (lấy mẫu 5ms)

Đo điện áp và nhiệt độ tế bào trong bộ pin điện áp cao có nghĩa là đo một số lượng lớn kênh. Ví dụ: nếu sử dụng điện áp tế bào 4 V, sẽ cần tổng cộng 200 tế bào để xây dựng một bộ pin có tổng điện áp là 800 V. Để đo điện áp và nhiệt độ của tất cả các tế bào trong bộ pin đó, bạn cần một dụng cụ có 400 kênh. Trong phát triển EV, pin vượt quá 1000 V đang được tạo mẫu như một phần của thử nghiệm và có khả năng các thiết bị sẽ cần phải có nhiều kênh hơn nữa trong tương lai.
Bộ ghi dữ liệu (data logger) LR8102 có thể được kết hợp với các mô-đun đo lường để tự do mở rộng số lượng kênh đầu vào. Như thể hiện trong Hình 3, 10 bộ ghi dữ liệu (data logger) LR8102, mỗi bộ ghi được kết nối với 10 mô-đun M7100, có thể được kết nối với cáp kết nối quang để tạo ra một hệ thống có thể đạt được lấy mẫu đồng bộ lên đến 800 kênh với tốc độ lấy mẫu 5 ms. Dữ liệu được đo bởi các mô-đun M7100 được thu thập bởi LR8102 mà chúng được kết nối và tất cả dữ liệu được tổng hợp bởi bộ ghi chính trong vòng 5 ms. Dữ liệu tổng hợp sau đó được xuất ra từ cổng LAN2 của bộ ghi nhật ký chính, được sử dụng riêng cho đầu ra dữ liệu, ở tốc độ cao và trong thời gian thực.
Lưu ý: Tốc độ lấy mẫu 5 ms được hỗ trợ khi một M7100 duy nhất sử dụng không quá 8 kênh, tất cả đều đang được sử dụng với dải điện áp. Đo nhiệt độ được hỗ trợ bắt đầu từ tốc độ lấy mẫu 10 ms.