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橫河測試測量YOKOGAWA電動(dòng)汽車三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率測試

2021-03-02 15:46:28·  來源：橫河測試測量  
　
1. 電動(dòng)汽車的三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最近幾年，以電動(dòng)汽車為代表的新能源汽車發(fā)展迅速，它最核心的部分就是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電池，控制器，電機(jī)和后端的傳動(dòng)系統(tǒng)。
1. 電動(dòng)汽車的三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
 
最近幾年，以電動(dòng)汽車為代表的新能源汽車發(fā)展迅速，它最核心的部分就是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電池，控制器，電機(jī)和后端的傳動(dòng)系統(tǒng)。
在電動(dòng)汽車發(fā)展初期，各個(gè)部件之間相互獨(dú)立，例如控制器是獨(dú)立的部件，從電池獲得直流功率，轉(zhuǎn)換成交流功率輸出到電機(jī)，部件之間通過母線電纜連接。這種結(jié)構(gòu)比較容易實(shí)現(xiàn)，也便于部件維護(hù)。
但是其弊端也是比較明顯的，獨(dú)立部件的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅增加了車的自重，占用了較多的車內(nèi)空間，而且母線上的高壓也會產(chǎn)生電磁干擾，同時(shí)成本也很難降低。
隨著部件性能可靠性的逐漸成熟，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成化的趨勢開始出現(xiàn)。最近越來越多的廠商推出了三合一的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即是將控制器、電機(jī)和減速器集成在一起。一些輪轂電機(jī)系統(tǒng)就是采用這樣的集成方案。
三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢比較明顯：
1. 體積小，重量輕，有利于提升整車的舒適性和續(xù)航里程。
2. 母線內(nèi)置，最大限度地降低電磁干擾。
3. 降低車企成本，包括采購成本、開發(fā)測試成本等。
圖表1 三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
2. 三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的測試
 
三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)屬于比較新的架構(gòu)，其效率測試的方法也與傳統(tǒng)的效率測試有一定的區(qū)別。
傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率評估，需要測量電池的DC輸出功率，電機(jī)控制器的AC輸出功率，以及電機(jī)的機(jī)械功率，然后獲得電機(jī)控制器的效率、電機(jī)的機(jī)械效率以及整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體效率。對于單電機(jī)系統(tǒng)來說，需要1個(gè)DC+3個(gè)AC的電功率測量，以及一組扭矩轉(zhuǎn)速的測量。
圖表 2 單電機(jī)測試系統(tǒng)
如果是多電機(jī)系統(tǒng)，則需要至少7個(gè)電功率測量以及多個(gè)扭矩轉(zhuǎn)速的測量。這時(shí)往往需要多臺功率分析儀同步使用才能完成效率測試。
圖表3 雙電機(jī)系統(tǒng)
而三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有很高的集成度，不需要對控制器輸出的AC功率進(jìn)行測量，也無法直接測試電機(jī)的機(jī)械功率。對于三合一系統(tǒng)來說，需要測量的只是來自電池的直流輸入功率，以及減速器輸出的機(jī)械功率。所以從某種程度上來說，三合一系統(tǒng)的效率測試更加簡單了。
但是，三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)往往會將機(jī)械功率輸出分配給多個(gè)車輪，實(shí)現(xiàn)每個(gè)車輪不同的扭矩分配。這種情況下，就需要多個(gè)扭矩轉(zhuǎn)速信號的輸入，才能更好的評估整個(gè)系統(tǒng)的效率。
圖表4 多扭矩的三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
所以，三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率測試的特點(diǎn)總結(jié)起來就是：單一的電功率輸入+多個(gè)機(jī)械功率輸出。當(dāng)然，相較于整車廠商而言，三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的廠商在開發(fā)初期仍然要對控制器效率和電機(jī)效率進(jìn)行評估，需要采用傳統(tǒng)的效率測試方法。
對于三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率測試，橫河公司最新的旗艦功率分析儀WT5000是一個(gè)非常理想的測試工具。
WT5000的主要特點(diǎn)：
  • 業(yè)界最高功率精度等級：DC: ±(讀數(shù)的0.02%+量程的0.05%)
     44Hz~66Hz: ±(讀數(shù)的0.01%+量程的0.02%)
  • 頻率帶寬：DC, 0.1Hz ~10MHz(電壓）
  • 采樣率：最高10MS/s (18bit)
  • 功率輸入單元：模塊化7單元
  • 最多同時(shí)進(jìn)行4組電機(jī)評價(jià)
WT5000具有業(yè)界最高的功率精度等級，這是準(zhǔn)確進(jìn)行效率測試最基本的前提條件。除此之外，WT5000最多支持7組電功率輸入單元，用戶可以自由配置，靈活應(yīng)對傳統(tǒng)效率測試以及三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率測試。單臺WT5000除支持7組電功率輸入之外，還可以同時(shí)評價(jià)4組扭矩轉(zhuǎn)速信號，進(jìn)行多電機(jī)、多扭矩測量完全沒有壓力。
示例
采用4個(gè)三合一輪轂電機(jī)的四驅(qū)系統(tǒng)，使用一臺WT5000就可以完美進(jìn)行效率測試。
最后提醒一下，有些測試系統(tǒng)在進(jìn)行多電機(jī)或多扭矩系統(tǒng)的測試時(shí)，往往將電機(jī)扭矩轉(zhuǎn)速信號直接傳輸?shù)缴衔幌到y(tǒng)中，通過計(jì)算得到機(jī)械功率，再從功率分析儀得到電功率，從而計(jì)算出系統(tǒng)效率。
 
這是一種妥協(xié)的辦法，如果處理不當(dāng)會產(chǎn)生一定的誤差。因?yàn)殡姽β屎蜋C(jī)械功率分別由不同的設(shè)備采集和計(jì)算，很難保證二者的同步性，當(dāng)系統(tǒng)處于加速或者減速狀態(tài)時(shí)，功率波動(dòng)較大，如果電功率和機(jī)械功率的計(jì)算不同步，效率值就會出現(xiàn)不合理的情況。
 
最佳的解決辦法就是，電功率和機(jī)械功率都在同一臺功率分析儀上進(jìn)行采集和計(jì)算。WT5000可以滿足這樣的要求，保證7組電功率和4組機(jī)械功率同步測量，獲得值得信賴的效率結(jié)果。 
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