安全高效的电动汽车和混动汽车高压测量方案

一 背景

汽车行业正经历着“新四化”从概念向实际转化的过程（新四化即电动化、智能化、网络化、共享化），各大车企也将调整发展布局，而混合动力及电动汽车自然就成为了主要关注点。

对于混合动力汽车（PHEV）和新型全电汽车（EV）而言，12V电压已不能满足当前需求，它们分别需要使用48V与400V的电池来替换12V的，由此，电压、电流及温度的测量也变得愈发重要。

二 面临的问题

1. 测量电流方式还是依靠传统电流钳？使用传统电流钳较繁琐。电动汽车有一个复杂的高压（HV）电气系统，为了安全和减少电磁干扰，这些高度专业化的电力电缆内外绝缘层之间还有一个编制屏蔽网。由于它的屏蔽效果非常好，可用于信号屏蔽，且抗干扰能力极强，因此如果简单使用高压电流钳是无法测到电流的，而是需要将被测点的屏蔽网剥离，或是在高压分线盒内部的线缆上测电流，从而导致了传统电流钳的使用变得繁琐。2. 还在直连被测点测电压？

测量高压电压的时候，常用的是破线或将线缆接在被测点的两端。前者，破线可能会有安全隐患；而后者，直接用夹子夹住被测点正负极，这在车辆剧烈运动的情况下，就可能会导致测量器具脱落，从而影响试验数据和效率。

三 高压电压及电流测量方法

电动汽车测试通常有两种测量手段：

1. 测量模拟量信号，包括高压电压、电流、温度。其中，测量电压是用于判断输出稳定性和电池工作状态；测量电流是用于分析能量的产生、消耗、流向和回收情况；测量温度是为了判断电池的工作状态和高压部件的工作或散热情况。

2. 使用数据记录仪或CAN/LIN卡从车辆总线读取数据。通过CAN卡或数据记录仪读取的ECU信息可帮助我们采集剩余电量SOC、高压环路互锁状态和绝缘电阻。

本文主要说的是第一种测量模拟量信号。

方法一

（图1 电动压缩机高压电流电压采集实物图）

• 图示左端为电动压缩机。将我们的高压电压电流模块（HVshunt）串联入原系统中，不仅无需将线缆接在被测件两端，而且无需剥离屏蔽网，且连接器还可根据需求定制。

• 再配合上转换器和隔离器，经过高压隔离器，0~1000V的高压可转换为0~2V的安全电压；经过电流隔离器，高压信号可转换为低压信号，从而保证测试工程师的人身安全。

• 经过隔离模块的电压信号可通过模拟量数采模块将电压信号转换为高速CAN信号，之后再通过数据记录仪或CAN卡传至上位机软件，以进行数据的实时采集、显示和分析。

（图2 电动压缩机高压电流电压采集流程图）

方法二

• 以PDU为例，将我们的高精度电压电流测量分流器串联入系统中。这个模块相较于方法一是将高压隔离和限流器都内置在这个模块中，经过内部高压隔离器，0~1000V的高压可转换为0~2V的安全电压；经过内置电流隔离器，高压信号可转换为低压信号，从而保证测试工程师的人身安全。

• 再通过模拟量数采模块可将电压信号转换为高速CAN信号，之后通过数据记录仪或CAN卡传至上位机软件，以进行数据的采集、显示和分析。

• 只需在测量电路中串联HVshunt2，即可进行测量需要的电压电流，而无需在外出试验时携带额外的模块。这减少了安装的繁复性并提高了工程师的工作效率。

（图3 PDU高压电压采集流程图）

（图4 HVshunt2）

（图5 HVshunt2内部线路示意图）

四 温度测量

高压部分的温度测量系统组成如下图所示。例如测量电池表面的温度，前面是高压温度热电偶，在接入高压温度测量模块后，再将数据传至数据记录仪或通过CAN卡传至电脑。

（图6 IPETRONIK高压温度采集设备连接图）

（图7 HVshunt在实车上的示例）

五 硬件支持

高压电压和电流测量模块：HVshunt

（图8 HVshunt）

• 高压输入可达850V；

• 直流电电流通过分流器测量到100A；

• 用于连接高压网络的专用插头可定制；• 精度：0.1%；• 工作温度：-20~70℃；• 防护等级：IP54；• 相对湿度：5%~95%；

......