如何對電動汽車電源控制器實現精確測試
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- 發布時間：2015/5/5 16:48:11
- 作者：cls_yinhe
電動汽車正處于高速發展期，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重要。
特斯拉、寶馬等廠家都已開始生產實用型的高性能電動汽車。上海交通大學汽車工程研究院副院長殷承良教授在“2015汽車電子技術創新論壇（AETF）”上提到：“未來汽車的創新將集中于功能和應用的創新，這就帶來汽車電子的高速發展。而互聯網企業，也開始集中進入汽車行業，并以電動汽車為切入點，這樣就繞開了技術難度最高的發動機與變速箱兩大件。互聯網企業有著雄厚的資金，這必將帶來汽車行業的顛覆。”
汽車電驅化發展帶來測試方面新的挑戰。電動汽車的測試有其特殊性：一是交流、直流、變頻驅動、溫度、轉速、轉矩等眾多電參量、非電參量需要同步測量；二是除了實驗室的分立部件離線測試，也需要整車系統在線測量。這對測試系統提出了非常高的要求。有些公司采用客制化或自行開發的系統，專為某個測試場景而設計，但是這些系統通常缺乏靈活性，難以擴展功能和維護，并且測試系統的整體精度溯源非常困難。這些缺點會導致測試受到阻礙，拖延產品開發過程并且在測試目標發生改變之后，如電機驅動從直流變為交流，從同步變為異步之后，測試系統無法兼容，導致先前投資受損！
一電動汽車電源控制器測試系統要求
電動汽車電源控制器相當于傳統汽車動力控制器，電源控制器由充電模塊和電力電子調速模塊構成，共同協作實現對電池包的溫度控制、充放電控制和對電機的驅動，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較多，信號波形多樣化，而且未來有向變頻異步電機發展的趨勢，所以測試系統不僅需要良好的可擴展性，而且需要專業的變頻電量的計量儀器來確保測試的準確度！
特斯拉電動汽車電源控制器系統構成
二傳統功率分析儀對電動汽車電源控制器測量的局限性
傳統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、電機驅動器輸出的變頻電量
目前很多電動汽車電機驅動器輸出電量是經過整流的直流電，但隨著特斯拉為代表的高性能電動車的發展，采用變頻技術驅動的交流電動機所占比重越來越大，被測對象的變化導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，測量結果可在100~1000V甚至更寬的范圍內變化！頻率測量5%的誤差，對于正弦電量的影響一般在0.01%之內，而對變頻電量的影響可能達到100%！
傳統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、電流經過信號變送后，轉化為適合采集的電參量輸入到二次儀器進行AD轉換和頻率測量。市面上絕大多數示波器及功率分析儀均采用這樣的構架，但該構架在應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，系統精度受傳感器、傳輸線纜和采集設備三個階段的影響，且每個階段又與被測信號帶寬、基波頻率、功率因數和外部的電磁干擾、溫度等有關，這導致系統精度難以評定。
二是變頻測量往往在電磁環境惡劣的工業現場。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，導致部署要求高，難度大。就算這樣，在實驗室校準的儀器實際測量時精度也容易出現偏差。
傳統功率分析儀組成及精度分析
所以，若采用傳統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、選擇系統精度可溯源的測試系統；
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使其能夠很好的適應現在和未來的電動汽車測試場景。
基于前端數字化的儀器架構，可以最大限度體現測量前端的通用性，更改后端計算機系統中的軟件，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數字變送器加上必要的軟件，可以構建出任意電量的、非電量（需要增加對應的傳感器）的測試儀器系統。更改軟件并對硬件略作配置，WP4000功率分析儀可變為電動汽車電機測試儀、電池測試儀、整車在線監控系統等。
WP4000變頻功率分析儀構建的電動汽車驅動系統效率測量的由電量測量系統和非電量測量系統兩部分組成。由于支持電壓、電流、功率等的電量和轉矩、扭矩、溫度等非電參量的同步測量，使得電機測試在WP4000上能夠一站解決所有測量。該方案被廣泛應用在各型電機實驗臺中。
電動汽車電池組為整個系統提供直流電源，直流進入電機控制器逆變成三相交流電給汽車電機供電，汽車電機帶動軸承旋轉實現電動汽車的移動，電機控制器接收電機轉速等信號反饋到儀表，當發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，SP2測量電機控制器逆變輸出的電量參數，扭矩傳感器測量汽車電機的軸功率，SP1和SP2組成的測試系統用來測量電機控制器的效率，SP2與軸功率測試系統用來測量汽車電機的效率。
WP4000構建的電動汽車驅動測試系統
四WP4000構建的電動汽車電源控制器測試系統
電動汽車電機驅動系統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構建的電動汽車電源控制器測試系統。
特斯拉電動汽車電源控制器系統測試方案
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現對兩相或三相交流輸入電量的準確測試，另外兩臺實現對電池系統的輸入輸出電量監測，最后兩臺實現對電機的監測。此外，轉速、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系列數字變送器都具有很寬的準確限值測量范圍，如選用SP系列690V的最基礎模塊，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，功率因數從0.01到1的范圍內其測量準確度指標保持在標稱指標。因此，無論是直流電機、同步電機還是異步電機，都能夠適應！
提高測試精度，關鍵在于選擇合適的測試設備和方案！實現對電動汽車電源控制器的精確測試，適應未來測試潮流，保護現有投資，選擇能準確測量變頻電量的功率分析儀是關鍵。
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