cRIO平台助力电动汽车充电系统研发

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NI Compact RIO是快速原型的理想平台，它是一种小巧而坚固的工业化控制和采集系统，采用可重配置的I/O(Reconfigurable I/O： RIO)和FPGA 技术实现超高性能和可自定义功能。NI CompactRIO包含实时控制器和可编程的FPGA芯片，特别适合对可靠性有严格要求的独立嵌入式或分布式应用;还包含可热插拔的工业级I/O 模块，这些模块内置信号调理可直接和传感器/ 制动器连接。因为CompactRIO 具有低成本开放性架构，用户可以轻松访问到底层的硬件设备。而且，CompactRIO 嵌入式系统可以使用高效的LabVIEW 图形化编程工具进行快速开发。
　　按照《电动汽车充电站通用要求 》的定义，充电站是由三台及以上电动汽车非车载充电机和(或)交流充电桩组成(至少有一台非车载充电机)，可以为电动汽车进行充电，并能够在充电过程中对充电机、动力蓄电池进行状态监控的场所。其系统包括：供电系统、充电系统、监控系统(包括：供电监控系统，充电监控系统和安全监控系统)，如图1所示。充电设备研发主要分为两部分：充电系统、监控系统。

  
　　硬件在环
　　硬件在环(HIL: hardware-in-the-loop)，又称半实物仿真，是指用硬件I/O模拟真实的受控设备行为来验证控制器的性能。监控系统作为的充电站中枢神经必须具备实时、可靠、稳定和安全的特性，在将控制器应用到实际系统前, 最好进行硬件在环仿真实验，该环节的引入能确保在开发周期早期就完成嵌入式软件的测试，以便及早地发现问题，从而降低解决问题的成本。
　　监控系统实现对充电机运行和动力蓄电池充电过程的监视、保护、控制、管理和事故情况下的紧急处理，以及数据的存储、显示和统计。监控充电设备研发举例
　　充电站的核心是充电机，监控系统是网络中枢，电动汽车的电池系统是服务对象，将快速原型和硬件在环技术一起应用到充电设备的研发系统中，必将极大地提高研发效率，降低研发成本。聚星仪器以LabVIEW为软件平台，以NI 的可重配置I/O为硬件平台构建了如图
3所示的充电设备研发架构。
  
　　图3中各部分功能如下：
　　(1) 监控主站和供电监控系统
　　监控主站实现的功能包括：作为整个充电监控系统的监控、管理中心，完成所有充电机信息的采集和显示，充电机的控制和管理，以及整个充电监控系统数据的存储、管理和统计;
　　供电监控系统实现的功能包括：实时采集和记录供电系统运行信息，对供电状况、电能质量、开关状态、设备安全等进行监视和控制，保证对充电站的安全供电。
　　监控主站和供电监控系统采用一台工控机来实现，重点在软件功能。

      (2) 充电机
　　一台cRIO设备作为充电机系统的半实物模型，模拟充电机的各种功能，包括控制电压输出、电流输出，与电池系统的通信，并接受监控主站的监测与控制。
　　NI C系列平台包含50多个NI模块、50多个第三方模块，具有多种类型，包括模拟输入、模拟输出、数字输入、计数器/定时器、数字输出和脉冲生成、CAN通信、串口通信(包括RS232和RS485)。
　　(3) 电池系统
　　调试过程中需要一台标准的电动汽车的电池系统，这一部分按照《电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议》的要求与充电机交互通信。这一部分由一台cRIO设备作为标准的电源系统的半实物模型。
  
　　按照以上模块划分，分别调试成功之后，进入原型发布阶段。监控系统软件采用LabVIEW开发，LabVIEW开发系统有Windows版、MAC OS版和Linus版等多种版本，从而支持在多种操作系统的发布。
　　充电机、电池系统的通信功能和控制算法验证完毕之后，可以将原型平台直接作为发布平台，以节省发布时间，更快投放市场;也可以发布到其他平台，例如性价比更高的Single-Board RIO平台，并且无需修改代码。
　　总结
　　作为智能电网的一部分，电动汽车的充电是一个难题，因为给汽车充电需要很大的电流量和大功率的电源，产生的谐波对电网的安全和电能质量都是很大的考验。还有电子监控、充电机监控、计费计量等等智能型功能都需要来解决。电动汽车尤其是纯电动汽车要想成为主流，首要条件就是要有便捷的充电网点。充电站将会在不久的将来代替加油站、加气站所扮演的角色，在人们的生活中无处不在。上海聚星仪器基于NI LabVIEW软件平台和cRIO硬件平台为充电设备以及充电设施建设研发提供解决方案，助力中国电动汽车行业发展。