 新能源汽车的高压电气系统开发过程非常复杂，有许多难题需要解决。续航里程、动态驾驶表现和操控平顺性对于获得良好的驾驶体验至关重要。在满足电磁兼容需求的同时，要抑制高压切换产生的高压线缆屏蔽层电流。过大的屏蔽层电流会导致高压电气系统的线缆过热甚至烧毁。屏蔽层电流问题几乎会出现在所有电动汽车或电动机械上。本文以图1所示的电动卡车为例介绍相关问题及解决方案。  面临的挑战 电动卡车通过多个电池包及电机系统驱动。除此之外，还包含逆变器、空调压缩机、制动电阻、冷却系统等电子部件。这些电子部件的高速开关会引起系统电压及电流的大幅波动，导致线缆的屏蔽层中产生很大电流。如果该电流大于10A则超过屏蔽层织网的承受能力，因此需要对屏蔽层电流进行测量和定位。为了准确记录屏蔽层电流的变化，需要采用高频采样方式测量高压系统。为了分析不同负载情况下各电子部件的相互影响，将同时对各个测点进行测量。 背景介绍 新能源车辆上使用的高压线缆结构如图2所示。在中心导体的绝缘层外有一层编织屏蔽层用于屏蔽电磁干扰和辐射影响。 在高压线缆的中心导体与屏蔽织网之间会产生电容效应，导致其对高频电压异常敏感。中心导体中电流的波动由于电感耦合效应会在屏蔽层织网中产生电流。行驶过程中距离相近的高压线缆也会相互在屏蔽层中产生感应电流。屏蔽层电流产生的高温会加速线路老化，尤其是在线缆的接头或焊接处。接口处用于支撑屏蔽织网的三角弹簧同样可能被大电流烧毁。  解决方案 利用Vector与CSM的高压测量方案进行问题排查。高压线缆分布于整个车架和底盘上，大量的高压用电器同时连接到多个高压电池包。在高压测量的过程中为了确保安全，需要预先将CSM的HV BM设备安装在新能源车高压电气系统的各个测点上。各个HV BM设备自身保持电位均衡，并通过其内部的分流器测量屏蔽层电流。 为了确保测量精度，高压线缆的屏蔽层会被接入到HV BM设备的分流电阻中。在安装过程中先将屏蔽层断开然后串联到HV BM设备中。设备使用了高精度低阻值的分流电阻，确保精准的测量。 在安装的过程中需要将设备固定在支架上并且做好绝缘防护，然后在测功机规定的循环工况下对屏蔽层电流进行同步测量。为了准确记录并捕获到电流峰值，测量的采样率需要达到1MS/s 。所有高压线束的测量是同时进行的，因此只需要执行一次测功机循环。  软件vMeasure exp能够实时地显示和计算信号。通过eMobilityAnalyzer函数库可以实时地计算有功功率、无功功率、视在功率以及屏蔽层电流所产生的热能。 如图4所示，屏蔽层电流高达75A并且与中心导体电流方向完全相反。eMobilityAnalyzer函数可以计算屏蔽层电流的RMS值、最大值、最小值等参数。从测量结果来看，尽管屏蔽层电流的平均值为0A，但峰值却达到了140A且有效值达到了32A。 屏蔽层电流由于线阻会产生大量热量，产生的热量与电流有效值的平方正相关（P ~ Irms²）。发热的关键因素是屏蔽层导电涂层阻值：较小的涂层截面通常电阻较大，导致屏蔽层温度显著上升进而影响整个线缆。  如图5所示，软件可以对整个测量过程进行记录以及同步计算。在测量时可以通过选择性的记录，配置采样率，设置触发条件等方法来降低存储的数据量。 HV BM专门针对高压测量设计，可用于恶劣环境的实车试验。针对不同的测量任务可选用相应量程的分流器。HV BM 1.2可用于测量125A到800A两根单芯高压线束的电流，HV BM 1.1适用于单根双芯最高125A的高压线束。  方案优势 快速、准确、灵活地对高压系统进行测试验证，既可用于台架试验也可用于实车路试； HV BM设备专门针对高压测量设计，可同步测量电压及电流； HV BM的采样速率高达1MS/s（1μs）以满足微秒级的分析需求； 除了物理量信号，还可以同步测量控制器和车辆总线的信号； vMeasure exp在测量过程中能够实现复杂的数学运算，除了测量信号以外，还能够同步显示和记录需要计算的信号（如：有功功率、无功功率、效率等）； 用户能够在实车试验的过程中测量电驱系统电压、电流的同时得到实时反馈； 数据分析软件vSignalyzer能够无缝、专业、自动化地分析数据； 测量数据可以传输到数据管理系统vMDM。 |
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