《電子技術(shù)應(yīng)用》
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從F1說到電機(jī)的饋能

2017-03-02
來源:ZLG致遠(yuǎn)電子

  前面的文章已經(jīng)給大家介紹了電機(jī)的很多特性了,今天在這里再講一下電機(jī)的另外一個(gè)特性:勤儉持家!

  還有不到一個(gè)月,世界一級(jí)方程式錦標(biāo)賽2017賽季就要開賽了,作為資深車迷來說是非常興奮的,那我們今天要討論的話題就從F1開始。如今的F1賽場已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化,曾經(jīng)雄霸天下的邁凱倫法拉利時(shí)代已經(jīng)過去,隨著2016年三叉星銀箭車隊(duì)再次拿下總冠軍,三連冠的實(shí)現(xiàn)宣告著梅賽德斯統(tǒng)治時(shí)代的來臨。而奔馳車隊(duì)之所以能取得成功,與2014年F1規(guī)則大改中引擎動(dòng)力的改革是分不開的。

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  圖1  F1剎車時(shí)ERS系統(tǒng)啟動(dòng)回收能量

  2014年的F1規(guī)則改革中引入了新的能量回收系統(tǒng)(ERS系統(tǒng)),其中動(dòng)能回收系統(tǒng)(ERS-K)是回收來自剎車所浪費(fèi)的動(dòng)能,賽車在比賽時(shí)會(huì)出現(xiàn)重剎車、下坡等狀態(tài),而這種狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生額外的動(dòng)能或者熱能,對(duì)于F1賽車來說,任何一焦耳的能量都是寶貴的,所以如果能想辦法把減速和下坡時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能回收你進(jìn)電池,然后在出彎加速過程中利用電池的能量來提高渦輪轉(zhuǎn)速,獲得更快的出彎加速,這對(duì)贏得比賽是非常重要的。邁凱倫近年來表現(xiàn)低迷就是由于本田的動(dòng)力和能量回收系統(tǒng)不穩(wěn)定,所以即使坐擁阿隆索這樣的世界冠軍,仍然無法獲得好的成績。

  那高大上的能量回收系統(tǒng)是否能用在我們的民用車上呢?回答是肯定的,F(xiàn)1存在的意義就是為民用車做技術(shù)預(yù)研。下面就給大家介紹一下電動(dòng)汽車上的能量回饋。

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  圖2  比亞迪E6剎車時(shí)儀表盤顯示能量回饋過程

  現(xiàn)在的電動(dòng)汽車,大多是使用永磁電機(jī)或者交流異步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī),搭配驅(qū)動(dòng)器即運(yùn)行在四象限(如圖3所示)工作狀態(tài)。這也是能夠進(jìn)行能量回饋的前提。電動(dòng)汽車減速并不是僅僅像普通內(nèi)燃機(jī)通過踩了剎車之后而減速。它的制動(dòng)原理是,制動(dòng)的時(shí)候通過變流器改變了勵(lì)磁電流的導(dǎo)通相位,讓電機(jī)產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩(即反向旋轉(zhuǎn)),線圈繞組中就會(huì)產(chǎn)生大的反向電動(dòng)勢,電機(jī)實(shí)際在發(fā)電。電動(dòng)汽車的續(xù)航能力是車廠和用戶都非常關(guān)注的,在現(xiàn)有的電池技術(shù)下,特斯拉采用的松下18650鈷酸鋰電池的能量密度為233瓦·時(shí)/千克,盡管是這樣,號(hào)稱續(xù)航里程最高的特斯拉,也只是做到320公里的續(xù)航。所以對(duì)于電動(dòng)汽車來說,每一焦耳的能量也是非常重要的。

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  圖3  電機(jī)四象限運(yùn)行圖

  在GBT 18488.2-2015 電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)7.6章節(jié)里對(duì)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的饋電特性有明確的規(guī)定,其測試方法為:被試驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)由原動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng),處于饋電狀態(tài),記錄饋電過程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的直流母線電壓、直流母線電流,驅(qū)動(dòng)電機(jī)各相交流電壓、交流電流以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸端的轉(zhuǎn)速扭矩等參數(shù),同時(shí)計(jì)算獲得功率和饋電效率。

  既然國標(biāo)都說要測這個(gè)饋電特性,那么驅(qū)動(dòng)電機(jī)的饋電試驗(yàn)是怎么測的呢?廣州致遠(yuǎn)電子作為國內(nèi)新能源領(lǐng)域的測試專家,基于新能源汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)饋電特性測試的難點(diǎn),給出了新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的測試方案。

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  圖4  新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測試架構(gòu)

  如圖4所示,新能源汽車驅(qū)動(dòng)器是直流母線進(jìn),三相交流出的模式,在做饋電特性測試時(shí),負(fù)載電機(jī)拖動(dòng)被測電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使被測電機(jī)工作在反向發(fā)電狀態(tài),電機(jī)產(chǎn)生的三相電能由驅(qū)動(dòng)器進(jìn),轉(zhuǎn)換為直流出,這時(shí)候系統(tǒng)中的雙向直流電源即將該直流電回饋回電網(wǎng)。在整個(gè)測試過程中,功率分析儀同步對(duì)驅(qū)動(dòng)器兩端的電壓電流和扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,進(jìn)而計(jì)算出饋電效率。

  饋電特性實(shí)驗(yàn)只是新能源汽車眾多測試項(xiàng)目中的冰山一角,致遠(yuǎn)電子長久以來專注于新能源測試領(lǐng)域,致力于為國內(nèi)客戶提供最全面的測試方案,為促進(jìn)國內(nèi)新能源行業(yè)進(jìn)步貢獻(xiàn)一份力!


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