NI Compact RIO是快速原型的理想平臺(tái),它是一種小巧而堅(jiān)固的工業(yè)化控制和采集系統(tǒng),采用可重配置的I/O(Reconfigurable I/O: RIO)和FPGA 技術(shù)實(shí)現(xiàn)超高性能和可自定義功能。NI CompactRIO包含實(shí)時(shí)控制器和可編程的FPGA芯片,特別適合對(duì)可靠性有嚴(yán)格要求的獨(dú)立嵌入式或分布式應(yīng)用;還包含可熱插拔的工業(yè)級(jí)I/O 模塊,這些模塊內(nèi)置信號(hào)調(diào)理可直接和傳感器/ 制動(dòng)器連接。因?yàn)镃ompactRIO 具有低成本開放性架構(gòu),用戶可以輕松訪問到底層的硬件設(shè)備。而且,CompactRIO 嵌入式系統(tǒng)可以使用高效的LabVIEW" title="LabVIEW">LabVIEW 圖形化編程工具進(jìn)行快速開發(fā)。
按照《電動(dòng)汽車充電站通用要求 》的定義,充電站是由三臺(tái)及以上電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)和(或)交流充電樁組成(至少有一臺(tái)非車載充電機(jī)),可以為電動(dòng)汽車進(jìn)行充電,并能夠在充電過程中對(duì)充電機(jī)、動(dòng)力蓄電池進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控的場所。其系統(tǒng)包括:供電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)(包括:供電監(jiān)控系統(tǒng),充電監(jiān)控系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)),如圖1所示。充電設(shè)備研發(fā)主要分為兩部分:充電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)。
硬件在環(huán)
硬件在環(huán)(HIL: hardware-in-the-loop),又稱半實(shí)物仿真,是指用硬件I/O模擬真實(shí)的受控設(shè)備行為來驗(yàn)證控制器的性能。監(jiān)控系統(tǒng)作為的充電站中樞神經(jīng)必須具備實(shí)時(shí)、可靠、穩(wěn)定和安全的特性,在將控制器應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)前, 最好進(jìn)行硬件在環(huán)仿真" title="硬件在環(huán)仿真">硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn),該環(huán)節(jié)的引入能確保在開發(fā)周期早期就完成嵌入式軟件的測試,以便及早地發(fā)現(xiàn)問題,從而降低解決問題的成本。
監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)充電機(jī)運(yùn)行和動(dòng)力蓄電池充電過程的監(jiān)視、保護(hù)、控制、管理和事故情況下的緊急處理,以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示和統(tǒng)計(jì)。監(jiān)控充電設(shè)備研發(fā)舉例
充電站的核心是充電機(jī),監(jiān)控系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)中樞,電動(dòng)汽車的電池系統(tǒng)是服務(wù)對(duì)象,將快速原型和硬件在環(huán)技術(shù)一起應(yīng)用到充電設(shè)備的研發(fā)系統(tǒng)中,必將極大地提高研發(fā)效率,降低研發(fā)成本。聚星儀器以LabVIEW為軟件平臺(tái),以NI 的可重配置I/O為硬件平臺(tái)構(gòu)建了如圖
3所示的充電設(shè)備研發(fā)架構(gòu)。
圖3中各部分功能如下:
(1) 監(jiān)控主站和供電監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控主站實(shí)現(xiàn)的功能包括:作為整個(gè)充電監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控、管理中心,完成所有充電機(jī)信息的采集和顯示,充電機(jī)的控制和管理,以及整個(gè)充電監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和統(tǒng)計(jì);
供電監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能包括:實(shí)時(shí)采集和記錄供電系統(tǒng)運(yùn)行信息,對(duì)供電狀況、電能質(zhì)量、開關(guān)狀態(tài)、設(shè)備安全等進(jìn)行監(jiān)視和控制,保證對(duì)充電站的安全供電。
監(jiān)控主站和供電監(jiān)控系統(tǒng)采用一臺(tái)工控機(jī)來實(shí)現(xiàn),重點(diǎn)在軟件功能。
(2) 充電機(jī)
一臺(tái)cRIO設(shè)備作為充電機(jī)系統(tǒng)的半實(shí)物模型,模擬充電機(jī)的各種功能,包括控制電壓輸出、電流輸出,與電池系統(tǒng)的通信,并接受監(jiān)控主站的監(jiān)測與控制。
NI C系列平臺(tái)包含50多個(gè)NI模塊、50多個(gè)第三方模塊,具有多種類型,包括模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、數(shù)字輸出和脈沖生成、CAN通信、串口通信(包括RS232和RS485)。
(3) 電池系統(tǒng)
調(diào)試過程中需要一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)汽車的電池系統(tǒng),這一部分按照《電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)與非車載充電機(jī)之間的通信協(xié)議》的要求與充電機(jī)交互通信。這一部分由一臺(tái)cRIO設(shè)備作為標(biāo)準(zhǔn)的電源系統(tǒng)的半實(shí)物模型。
按照以上模塊劃分,分別調(diào)試成功之后,進(jìn)入原型發(fā)布階段。監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用LabVIEW開發(fā),LabVIEW開發(fā)系統(tǒng)有Windows版、MAC OS版和Linus版等多種版本,從而支持在多種操作系統(tǒng)的發(fā)布。
充電機(jī)、電池系統(tǒng)的通信功能和控制算法驗(yàn)證完畢之后,可以將原型平臺(tái)直接作為發(fā)布平臺(tái),以節(jié)省發(fā)布時(shí)間,更快投放市場;也可以發(fā)布到其他平臺(tái),例如性價(jià)比更高的Single-Board RIO平臺(tái),并且無需修改代碼。
總結(jié)
作為智能電網(wǎng)的一部分,電動(dòng)汽車的充電是一個(gè)難題,因?yàn)榻o汽車充電需要很大的電流量和大功率的電源,產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)的安全和電能質(zhì)量都是很大的考驗(yàn)。還有電子監(jiān)控、充電機(jī)監(jiān)控、計(jì)費(fèi)計(jì)量等等智能型功能都需要來解決。電動(dòng)汽車尤其是純電動(dòng)汽車要想成為主流,首要條件就是要有便捷的充電網(wǎng)點(diǎn)。充電站將會(huì)在不久的將來代替加油站、加氣站所扮演的角色,在人們的生活中無處不在。上海聚星儀器基于NI LabVIEW軟件平臺(tái)和cRIO硬件平臺(tái)為充電設(shè)備以及充電設(shè)施建設(shè)研發(fā)提供解決方案,助力中國電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展。