如何對電動汽車電源控制器實(shí)現(xiàn)精確測試
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- 發(fā)布時間：2015/5/5 16:48:11
- 作者：cls_yinhe
電動汽車正處于高速發(fā)展期，電動汽車電源控制器做為電動汽車重要的部件，電動汽車電源控制器的精確測試至關(guān)重要。
特斯拉、寶馬等廠家都已開始生產(chǎn)實(shí)用型的高性能電動汽車。上海交通大學(xué)汽車工程研究院副院長殷承良教授在“2015汽車電子技術(shù)創(chuàng)新論壇（AETF）”上提到：“未來汽車的創(chuàng)新將集中于功能和應(yīng)用的創(chuàng)新，這就帶來汽車電子的高速發(fā)展。而互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，也開始集中進(jìn)入汽車行業(yè)，并以電動汽車為切入點(diǎn)，這樣就繞開了技術(shù)難度最高的發(fā)動機(jī)與變速箱兩大件。互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)有著雄厚的資金，這必將帶來汽車行業(yè)的顛覆。”
汽車電驅(qū)化發(fā)展帶來測試方面新的挑戰(zhàn)。電動汽車的測試有其特殊性：一是交流、直流、變頻驅(qū)動、溫度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等眾多電參量、非電參量需要同步測量；二是除了實(shí)驗(yàn)室的分立部件離線測試，也需要整車系統(tǒng)在線測量。這對測試系統(tǒng)提出了非常高的要求。有些公司采用客制化或自行開發(fā)的系統(tǒng)，專為某個測試場景而設(shè)計(jì)，但是這些系統(tǒng)通常缺乏靈活性，難以擴(kuò)展功能和維護(hù)，并且測試系統(tǒng)的整體精度溯源非常困難。這些缺點(diǎn)會導(dǎo)致測試受到阻礙，拖延產(chǎn)品開發(fā)過程并且在測試目標(biāo)發(fā)生改變之后，如電機(jī)驅(qū)動從直流變?yōu)榻涣鳎瑥耐阶優(yōu)楫惒街螅瑴y試系統(tǒng)無法兼容，導(dǎo)致先前投資受損！
一電動汽車電源控制器測試系統(tǒng)要求
電動汽車電源控制器相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車動力控制器，電源控制器由充電模塊和電力電子調(diào)速模塊構(gòu)成，共同協(xié)作實(shí)現(xiàn)對電池包的溫度控制、充放電控制和對電機(jī)的驅(qū)動，是電動汽車的核心組件。由于電源控制器的輸入輸出電量通道數(shù)較多，信號波形多樣化，而且未來有向變頻異步電機(jī)發(fā)展的趨勢，所以測試系統(tǒng)不僅需要良好的可擴(kuò)展性，而且需要專業(yè)的變頻電量的計(jì)量儀器來確保測試的準(zhǔn)確度！
特斯拉電動汽車電源控制器系統(tǒng)構(gòu)成
二傳統(tǒng)功率分析儀對電動汽車電源控制器測量的局限性
傳統(tǒng)功率分析儀針對的測試對象是正弦波。但是對于電動汽車電源控制器，其要測試的參量，卻不是那么簡單，至少涉及三個方面：
1、電池包交流充電時輸入的工頻電量
2、電池包放電輸出的直流電量
3、電機(jī)驅(qū)動器輸出的變頻電量
目前很多電動汽車電機(jī)驅(qū)動器輸出電量是經(jīng)過整流的直流電，但隨著特斯拉為代表的高性能電動車的發(fā)展，采用變頻技術(shù)驅(qū)動的交流電動機(jī)所占比重越來越大，被測對象的變化導(dǎo)致了對測試儀器的需求同步變化。
要明確的是，變頻電量不僅僅是頻率發(fā)生了變化那么簡單！如頻率為50Hz、有效值為100V的PWM波，采用不同儀表，測量結(jié)果可在100~1000V甚至更寬的范圍內(nèi)變化！頻率測量5%的誤差，對于正弦電量的影響一般在0.01%之內(nèi)，而對變頻電量的影響可能達(dá)到100%！
傳統(tǒng)功率分析儀如日本橫河、美國福祿克、泰克、德國ZES等，在面對電動汽車測試時，電壓、電流經(jīng)過信號變送后，轉(zhuǎn)化為適合采集的電參量輸入到二次儀器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和頻率測量。市面上絕大多數(shù)示波器及功率分析儀均采用這樣的構(gòu)架，但該構(gòu)架在應(yīng)用到變頻功率分析儀上至少存在以下兩個問題：
一是信號變送、信號傳輸和信號采集階段的誤差是累積的，系統(tǒng)精度受傳感器、傳輸線纜和采集設(shè)備三個階段的影響，且每個階段又與被測信號帶寬、基波頻率、功率因數(shù)和外部的電磁干擾、溫度等有關(guān)，這導(dǎo)致系統(tǒng)精度難以評定。
二是變頻測量往往在電磁環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場。為盡量減少線纜引入的干擾，一次端傳感器與二次儀表的距離需要盡量靠近，導(dǎo)致部署要求高，難度大。就算這樣，在實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)的儀器實(shí)際測量時精度也容易出現(xiàn)偏差。
傳統(tǒng)功率分析儀組成及精度分析
所以，若采用傳統(tǒng)功率分析儀對電動汽車電源控制器高精度測試需滿足以下三個要素：
1、選擇系統(tǒng)精度可溯源的測試系統(tǒng)；
2、選擇合適的傳感器與量程；
3、最大限度減少測試過程中的電磁干擾。
三WP4000測量電動汽車電源控制器的優(yōu)勢
WP4000全系列具有從0.1mA~7000A、1mV~15KV、100kHz帶寬的直測能力和全局可溯源精度！這樣寬的量程和帶寬指標(biāo)使其能夠很好的適應(yīng)現(xiàn)在和未來的電動汽車測試場景。
基于前端數(shù)字化的儀器架構(gòu)，可以最大限度體現(xiàn)測量前端的通用性，更改后端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟件，就可以更改儀器的屬性。例如：在帶寬和測量范圍滿足的前提下，銀河電氣的DT數(shù)字變送器加上必要的軟件，可以構(gòu)建出任意電量的、非電量（需要增加對應(yīng)的傳感器）的測試儀器系統(tǒng)。更改軟件并對硬件略作配置，WP4000功率分析儀可變?yōu)殡妱悠囯姍C(jī)測試儀、電池測試儀、整車在線監(jiān)控系統(tǒng)等。
WP4000變頻功率分析儀構(gòu)建的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)效率測量的由電量測量系統(tǒng)和非電量測量系統(tǒng)兩部分組成。由于支持電壓、電流、功率等的電量和轉(zhuǎn)矩、扭矩、溫度等非電參量的同步測量，使得電機(jī)測試在WP4000上能夠一站解決所有測量。該方案被廣泛應(yīng)用在各型電機(jī)實(shí)驗(yàn)臺中。
電動汽車電池組為整個系統(tǒng)提供直流電源，直流進(jìn)入電機(jī)控制器逆變成三相交流電給汽車電機(jī)供電，汽車電機(jī)帶動軸承旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)電動汽車的移動，電機(jī)控制器接收電機(jī)轉(zhuǎn)速等信號反饋到儀表，當(dāng)發(fā)生制動或者加速行為時，控制器控制變頻器頻率的升降，從而達(dá)到加速或者減速的目的。SP1變頻功率傳感器測量電池組的電壓、電流、功率等電量參數(shù)，SP2測量電機(jī)控制器逆變輸出的電量參數(shù)，扭矩傳感器測量汽車電機(jī)的軸功率，SP1和SP2組成的測試系統(tǒng)用來測量電機(jī)控制器的效率，SP2與軸功率測試系統(tǒng)用來測量汽車電機(jī)的效率。
WP4000構(gòu)建的電動汽車驅(qū)動測試系統(tǒng)
四WP4000構(gòu)建的電動汽車電源控制器測試系統(tǒng)
電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)只是電動汽車電源控制器的一部分功能，接下來我們來看以WP4000變頻功率分析儀為基礎(chǔ)構(gòu)建的電動汽車電源控制器測試系統(tǒng)。
特斯拉電動汽車電源控制器系統(tǒng)測試方案
單臺WP4000支持6回路電參量的測量，其前端功率單元--- SP系列功率傳感器或DT數(shù)字變送器將電壓/電流測量通道集成于一體。所以，我們用一或兩臺功率單元即可實(shí)現(xiàn)對兩相或三相交流輸入電量的準(zhǔn)確測試，另外兩臺實(shí)現(xiàn)對電池系統(tǒng)的輸入輸出電量監(jiān)測，最后兩臺實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的監(jiān)測。此外，轉(zhuǎn)速、溫度等非電參量還可以通過485接口同步輸入。這樣，依托一臺WP4000，整個電動車電源控制器的輸入輸出參量盡在掌握之中。
銀河電氣的SP系列傳感器及DT系列數(shù)字變送器都具有很寬的準(zhǔn)確限值測量范圍，如選用SP系列690V的最基礎(chǔ)模塊，SP691201X，該模塊支持從5V到1035V電壓，1A至400A電流，從直流到400Hz基頻的電量測試，功率因數(shù)從0.01到1的范圍內(nèi)其測量準(zhǔn)確度指標(biāo)保持在標(biāo)稱指標(biāo)。因此，無論是直流電機(jī)、同步電機(jī)還是異步電機(jī)，都能夠適應(yīng)！
提高測試精度，關(guān)鍵在于選擇合適的測試設(shè)備和方案！實(shí)現(xiàn)對電動汽車電源控制器的精確測試，適應(yīng)未來測試潮流，保護(hù)現(xiàn)有投資，選擇能準(zhǔn)確測量變頻電量的功率分析儀是關(guān)鍵。
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