電動(dòng)汽車(chē)的高壓子系統(tǒng)和組件作為重要安全部件，必須不斷滿(mǎn)足日益嚴(yán)苛的安全要求。電池包跌落試驗(yàn)作為安全評(píng)估中的一項(xiàng)，用于評(píng)定運(yùn)輸過(guò)程中，電池包在受到垂直方向沖擊時(shí)的耐沖擊強(qiáng)度以及電池包外殼體對(duì)電池單體和模組的保護(hù)能力。本文介紹如何在跌落測(cè)試期間，測(cè)量高壓電池組內(nèi)部和外部的加速度以驗(yàn)證電池包安全性。CSM測(cè)量技術(shù)提供了一種簡(jiǎn)單的解決方案：采用單個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，以高達(dá)100KHZ的采樣頻率同步測(cè)量高壓和低壓部件的數(shù)據(jù)信號(hào)。

01背景

電動(dòng)汽車(chē)中高壓部件的可靠性和安全性對(duì)汽車(chē)制造商和一級(jí)供應(yīng)商提出了新的挑戰(zhàn)：高壓組件必須經(jīng)過(guò)各種測(cè)試，以確保乘員在任何情況下以及在車(chē)輛整個(gè)生命周期內(nèi)的安全。電池包的跌落試驗(yàn)作為GB/T 31467.3-2015標(biāo)準(zhǔn)中的一項(xiàng)（圖1），用于考核電池包的耐沖擊強(qiáng)度。本文介紹的測(cè)量系統(tǒng)方案，對(duì)GB 38031-2020中電池包振動(dòng)、機(jī)械沖擊、模擬碰撞試驗(yàn)中加速度或其它模擬量的測(cè)量都有借鑒意義。

本文以“韓國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)”（KMVSS）為例介紹如何對(duì)電池組進(jìn)行跌落測(cè)試。其它國(guó)家的測(cè)試類(lèi)似（見(jiàn)圖 1）。KMVSS規(guī)定電池組（電量達(dá)到80%）必須從4.90米高度跌落到混凝土地板上。該測(cè)試是一系列安全測(cè)試的一部分，旨在確保電池在某些極端情況下不會(huì)爆炸或著火。

圖1 | 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中電池跌落式實(shí)驗(yàn)條件

02 面臨的挑戰(zhàn)

進(jìn)行跌落測(cè)試時(shí)，需要在高壓電池組內(nèi)部和外部的不同點(diǎn)測(cè)量加速度。在電池包內(nèi)部，加速度傳感器在確保高壓安全的情況下采集數(shù)據(jù)，并與安裝在電池包外殼外部的加速度傳感器同步采集。如果沒(méi)有高壓安全測(cè)量系統(tǒng)，電池包內(nèi)的儀器可能因?qū)щ姸鴩?yán)重?fù)p壞數(shù)據(jù)采集設(shè)備，并且可能危及生命。此外，必須以高采樣率進(jìn)行測(cè)量，以記錄撞擊發(fā)生時(shí)信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。

03解決方案

1

所有測(cè)量模塊都放置在跌落高度的一半處，以?xún)?yōu)化信號(hào)線(xiàn)束的長(zhǎng)度并最大限度地減少信號(hào)干擾。

2

電池包內(nèi)的加速度測(cè)量：使用標(biāo)準(zhǔn)的IEPE加速度傳感器，專(zhuān)用的高壓安全傳感器線(xiàn)束通過(guò)密封套插入電池組，以實(shí)現(xiàn)傳感器的高壓安全隔離。電池組內(nèi)，三個(gè)IEPE單軸加速度傳感器通過(guò)一個(gè)微型適配器盒連接到傳感器線(xiàn)束，并最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紿V IEPE 3 FL100。

3

電池包內(nèi)的加速度傳感器數(shù)據(jù)由CSM HV IEPE 3 FL100高壓測(cè)量模塊記錄。該測(cè)量模塊專(zhuān)為在HV環(huán)境中使用IEPE傳感器而開(kāi)發(fā)，并以每個(gè)通道高達(dá)100 kHz 的數(shù)據(jù)速率記錄來(lái)自加速度傳感器的數(shù)據(jù)。

4

電池包外的加速度測(cè)量：安裝在電池包外殼上的其它加速度傳感器的數(shù)據(jù)由CSM AD4 ECAT IE100測(cè)量模塊采集。該模塊以每通道高達(dá)100 kHz的數(shù)據(jù)速率記錄加速度傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)。

5

XCP Gateway通過(guò)集成以太網(wǎng)分布式系統(tǒng)時(shí)鐘同步方法確保兩個(gè)測(cè)量模塊的數(shù)據(jù)高精度同步，從而實(shí)現(xiàn)電池包內(nèi)外所有測(cè)量值的同步采集。此外XCP Gateway也是數(shù)據(jù)采集軟件的接口，將來(lái)自EtherCAT?總線(xiàn)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為基于XCP on Ethernet協(xié)議報(bào)文的信號(hào)。

6

使用Vector公司集成CSM測(cè)量模塊的采集軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和分析，如vMeasure或CANape，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，數(shù)據(jù)分析后處理以及腳本二次開(kāi)發(fā)等功能，并可同步實(shí)時(shí)監(jiān)控總線(xiàn)傳來(lái)的信號(hào)。

04方案優(yōu)勢(shì)

>該方案借助CSM的高壓測(cè)量技術(shù)，可在跌落測(cè)試期間安全地測(cè)量高壓電池組內(nèi)的信號(hào)。

>采用單個(gè)測(cè)量系統(tǒng)便能從高壓環(huán)境內(nèi)部和外部采集數(shù)據(jù)，方案便捷可靠。

>能夠?qū)崿F(xiàn)同步數(shù)據(jù)采集并以100 kHz的高采樣頻率采集跌落測(cè)試中的加速度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

>與Vector測(cè)量軟件適配，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析以及回放。

05相關(guān)產(chǎn)品

HV IEPE3 FL100

CSM的HV IEPE3 FL100 測(cè)量模塊專(zhuān)為高壓環(huán)境下使用IEPE傳感器進(jìn)行測(cè)量而設(shè)計(jì)，例如加速度傳感器，壓力和力傳感器等在高壓環(huán)境測(cè)量。它提供三個(gè)模擬量輸入接口，帶有用于連接IEPE傳感器的特定傳感器電源。測(cè)量頻率單通道可達(dá)100KHz，K960傳感器線(xiàn)束專(zhuān)為該模塊設(shè)計(jì)，可確保IEPE傳感器在高壓環(huán)境中的安全運(yùn)行。

AD4 ECAT MM Series - Type IE100

AD4 ECAT MM Series是一款應(yīng)用于汽車(chē)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的高速模擬信號(hào)測(cè)量模塊。該模塊每個(gè)通道的測(cè)量頻率可達(dá)100kHz。各通道間電氣隔離，傳感器激勵(lì)電壓可達(dá)到直流24V，因此該測(cè)量模塊非常適合于IEPE傳感器。各信號(hào)輸入通道可同步采樣，模塊間同步精度高于1μs，支持基于IEEE 1451.4 TEDS功能。

XCP-Gateway Basic

CSM的XCP-Gateway協(xié)議轉(zhuǎn)換器是專(zhuān)門(mén)為CSM EtherCAT?微型模塊系列開(kāi)發(fā)的，以完成多通道高速率測(cè)量任務(wù)。XCP網(wǎng)關(guān)允許將基于XCP on Ethernet測(cè)量數(shù)據(jù)協(xié)議同CSM EtherCAT?測(cè)量模塊相連接，從而使得EtherCAT?測(cè)量采集的優(yōu)點(diǎn)和基于XCP標(biāo)準(zhǔn)通信的靈活性集于一體。

EtherCAT與XCP on Ethernet標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的轉(zhuǎn)換：

• EtherCAT: 所有測(cè)量信號(hào)的同步時(shí)間精度小于1μs
• XCP on Ethernet：測(cè)量信號(hào)時(shí)間戳精度為1μs

至少能滿(mǎn)足100個(gè)ECAT通道最高10KHz采樣測(cè)量。

注：圖文內(nèi)容源自Vector。