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從F1說到電機的饋能

2017-03-02
來源:ZLG致遠電子

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

  還有不到一個月,世界一級方程式錦標賽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賽場已經發(fā)生了翻天覆地的變化,曾經雄霸天下的邁凱倫法拉利時代已經過去,隨著2016年三叉星銀箭車隊再次拿下總冠軍,三連冠的實現(xiàn)宣告著梅賽德斯統(tǒng)治時代的來臨。而奔馳車隊之所以能取得成功,與2014年F1規(guī)則大改中引擎動力的改革是分不開的。

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  圖1  F1剎車時ERS系統(tǒng)啟動回收能量

  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)),其中動能回收系統(tǒng)(ERS-K)是回收來自剎車所浪費的動能,賽車在比賽時會出現(xiàn)重剎車、下坡等狀態(tài),而這種狀態(tài)會產生額外的動能或者熱能,對于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產生的動能回收你進電池,然后在出彎加速過程中利用電池的能量來提高渦輪轉速,獲得更快的出彎加速,這對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預研。下面就給大家介紹一下電動汽車上的能量回饋。

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  圖2  比亞迪E6剎車時儀表盤顯示能量回饋過程

  現(xiàn)在的電動汽車,大多是使用永磁電機或者交流異步電機作為驅動電機,搭配驅動器即運行在四象限(如圖3所示)工作狀態(tài)。這也是能夠進行能量回饋的前提。電動汽車減速并不是僅僅像普通內燃機通過踩了剎車之后而減速。它的制動原理是,制動的時候通過變流器改變了勵磁電流的導通相位,讓電機產生負轉矩(即反向旋轉),線圈繞組中就會產生大的反向電動勢,電機實際在發(fā)電。電動汽車的續(xù)航能力是車廠和用戶都非常關注的,在現(xiàn)有的電池技術下,特斯拉采用的松下18650鈷酸鋰電池的能量密度為233瓦·時/千克,盡管是這樣,號稱續(xù)航里程最高的特斯拉,也只是做到320公里的續(xù)航。所以對于電動汽車來說,每一焦耳的能量也是非常重要的。

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  圖3  電機四象限運行圖

  在GBT 18488.2-2015 電動汽車用驅動電機系統(tǒng)標準7.6章節(jié)里對電動汽車驅動電機的饋電特性有明確的規(guī)定,其測試方法為:被試驅動電機系統(tǒng)由原動機進行拖動,處于饋電狀態(tài),記錄饋電過程中驅動電機控制器的直流母線電壓、直流母線電流,驅動電機各相交流電壓、交流電流以及驅動電機軸端的轉速扭矩等參數(shù),同時計算獲得功率和饋電效率。

  既然國標都說要測這個饋電特性,那么驅動電機的饋電試驗是怎么測的呢?廣州致遠電子作為國內新能源領域的測試專家,基于新能源汽車的驅動系統(tǒng)饋電特性測試的難點,給出了新能源汽車驅動系統(tǒng)的測試方案。

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  圖4  新能源汽車驅動系統(tǒng)測試架構

  如圖4所示,新能源汽車驅動器是直流母線進,三相交流出的模式,在做饋電特性測試時,負載電機拖動被測電機轉動使被測電機工作在反向發(fā)電狀態(tài),電機產生的三相電能由驅動器進,轉換為直流出,這時候系統(tǒng)中的雙向直流電源即將該直流電回饋回電網(wǎng)。在整個測試過程中,功率分析儀同步對驅動器兩端的電壓電流和扭矩轉速傳感器的數(shù)據(jù)進行采集,進而計算出饋電效率。

  饋電特性實驗只是新能源汽車眾多測試項目中的冰山一角,致遠電子長久以來專注于新能源測試領域,致力于為國內客戶提供最全面的測試方案,為促進國內新能源行業(yè)進步貢獻一份力!


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