Kelvin Hagebeuk PSD功率系统设计
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随着人们越来越意识到化石燃料可能造成的损害，电动汽车肯定会在阳光下出现。但是，电动汽车的潜在驾驶员和购买者是否相信这些汽车能够满足他们的需求？为了让电动汽车市场真正起飞，消费者需要知道电动汽车具有他们所需的范围、性能、可靠性和操纵特性。
要证明这一点，制造商需要制定广泛的测试制度，以确保他们的新车符合预期。众多部件和系统，包括电池和电机、传动系和变速器、电子和通信系统，需要进行广泛的测试以及数据记录和分析。其中许多组件会影响后续系统的运行或性能，因此所使用的仪器需要能够同时记录和比较来自多个来源（包括电气和机械）的多种类型的数据。
这些类型的高性能测试设备将允许制造商在数百小时内捕获大量数据，为他们提供改进设计所需的见解。如果我们采用子系统方法进行测试，我们可以确定电动汽车中三个主要的功率相关子系统。
它们是：
•充电——电池、充电监控系统、再生制动
•动力传动系统——用于功率传输的功率逆变器子系统，以及相关控制信号
•电机——用于各种应用的三相无刷DC电机
▎充电
最重要的是，电动汽车驾驶员必须知道他们的车辆具有所需的行驶里程和效率，因此充电系统对消费者信心至关重要。
一项重要任务是确定电池的充电和放电特性。这里的测量解决方案需要测量在高采样率下捕获的正和负功率循环。
转向电动汽车的一个主要原因是为了节约能源，而再生制动从制动中获取能量，然后利用它提供加速，是一个主要的优点。分析该功能将涉及使用多通道功率分析仪，该分析仪可以测量再生系统的电输出、效率和损耗，以及从制动和电动发电机系统采集数据。广泛采用电动汽车的主要障碍之一是里程焦虑。一种可能的解决方案是无线充电（图1）。无线充电系统建立在两个电磁线圈上，以支持特定的频率分布，必须证明它们能够有效地传输功率并防止功率损耗。这通常涉及在高达几百kHz的频率和低功率因数下评估性能。
图1：无线充电正在成为解决距离焦虑的一种方法
该测试方案需要精密功率示波器，它将示波器使用的基于时间的测量与功率分析仪的特性结合起来。这允许它们执行标准的多相功率测量，同时也能够分析可能具有瞬态分量的波形。
除了电信号之外，还需要能够评估组件和系统之间机电关系的解决方案——它们还需要在长达200天的长时间内进行记录。横河通过其ScopeRecorder满足了这一需求，该记录仪是一种数据采集记录仪，将混合信号示波器与提供长期记录的多通道、多速度数据采集系统相结合。为了捕捉机电事件，该设备可以连接到21种类型的输入模块，包括电压/温度模块、加速度/电压模块和应变模块。激活的传感器和通信系统也会影响电池的负载和效率，数据采集记录器允许开发人员评估这些事件的影响。
▎动力传动系
电动汽车制造商需要对电机和逆变器控制进行准确评估，以实现更高的精度和更高的效率。他们还需要在不受开关噪声干扰的情况下分析逆变器波形。这些应用的理想测试解决方案是连接到所有主要组件的单个功率分析仪——电池、增压机、转换器和三相电机。它还将从扭矩和速度传感器收集机械测量值。这提供了扭矩、转速和方向的完整图像，以及电压、电流和功率等电气参数。（图2）。
图2：精密功率示波器和示波器是测试动力传动系的理想选择
同样，数据采集记录仪最适合评估机电事件，尤其是长时间的机电事件。通过灵活的输入，它可以在单个概览中组合电气和物理测量，同时还提供频率、温度、失真、加速度和其他信号的测量。功率分析仪的作用是测量效率并比较输入和输出之间的高次谐波，它还可用于测量电角度、转速和方向等参数。
▎电机
现代车辆也在许多其他应用中使用电机，动力转向、自动门、车窗和后视镜只是其中的一部分。其中许多应用使用无刷直流电机（BLDC）。为了评估这些参数，制造商将需要捕获参数的实时多通道测量，包括DC输入功率、三相逆变器输出以及振动、转速、角度和温度等参数的电机和传感器反馈。
使用可组合电气和物理测量的灵活模块化输入，示波器可以提供频率、温度、失真、加速度和其他信号的数据（图3）。还需要评估BLDC的瞬态行为。这些可以通过功率示波器进行详细评估，其精度与功率分析仪相比非常高。
图3：示波器可为不同电动汽车电机应用提供各种参数的数据
▎获得完整的概述
通常需要将这些测量值结合在一起，以给出系统性能的总体视图。然而，将来自不同仪器的信号整合到一个视图中可能是一个挑战，这使得很难找到测量之间的关系。横河的IS8000软件平台提供了来自多个仪器的定时、控制和数据采集的紧密集成。这允许快速设置和轻松控制所需的所有仪器，确保开发工程师能够更快速有效地开始测量数据（图4）。
图4：横河的IS8000软件平台汇集了来自多个仪器的数据
▎超越开发实验室
除了研发，电动汽车还需要在生产过程中进行测试。将需要新的、更便携的测试设备，配备允许在不同气候和道路条件下对不同参数进行车内测试的仪器。横河ScopeCorder的手持版本可以与不同的模块一起使用，以测试驾驶汽车的实际情况。
随着电动汽车的广泛使用，也将需要更多的售后电池测试，以确保电池产生所需的功率，并且不会退化。可再生电力系统也需要评估。一般而言，测试仪器将面临捕获和评估来自高速逆变器等系统的大量数据的挑战。因此，这些仪器将需要更快、更具适应性和更大的内存。
横河多年来一直为汽车行业生产高精度、高质量的仪表。其最新的测量仪器正在针对电动汽车所需的测试和开发任务进行优化。横河通过其仪器和校准服务，努力支持下一代可持续技术，电动汽车是其中的一个重要部分。
注；作者Kelvin Hagebeuk是横河欧洲有限公司测试与测量市场经理