從F1說(shuō)到電機的饋能

　　今天在這里講一下電機的一個(gè)特性：勤儉持家!

　　還有不到一個(gè)月，世界一級方程式錦標賽2017賽季就要開(kāi)賽了，作為資深車(chē)迷來(lái)說(shuō)是非常興奮的，那我們今天要討論的話(huà)題就從F1開(kāi)始。如今的F1賽場(chǎng)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(guò)去，隨著(zhù)2016年三叉星銀箭車(chē)隊再次拿下總冠軍，三連冠的實(shí)現宣告著(zhù)梅賽德斯統治時(shí)代的來(lái)臨。而奔馳車(chē)隊之所以能取得成功，與2014年F1規則大改中引擎動(dòng)力的改革是分不開(kāi)的。

　　圖1 F1剎車(chē)時(shí)ERS系統啟動(dòng)回收能量

　　2014年的F1規則改革中引入了新的能量回收系統(ERS系統)，其中動(dòng)能回收系統(ERS-K)是回收來(lái)自剎車(chē)所浪費的動(dòng)能，賽車(chē)在比賽時(shí)會(huì )出現重剎車(chē)、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，對于F1賽車(chē)來(lái)說(shuō)，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(guò)程中利用電池的能量來(lái)提高渦輪轉速，獲得更快的出彎加速，這對贏(yíng)得比賽是非常重要的。邁凱倫近年來(lái)表現低迷就是由于本田的動(dòng)力和能量回收系統不穩定，所以即使坐擁阿隆索這樣的世界冠軍，仍然無(wú)法獲得好的成績(jì)。

　　那高大上的能量回收系統是否能用在我們的民用車(chē)上呢?回答是肯定的，F1存在的意義就是為民用車(chē)做技術(shù)預研。下面就給大家介紹一下電動(dòng)汽車(chē)上的能量回饋。

　　圖2 比亞迪E6剎車(chē)時(shí)儀表盤(pán)顯示能量回饋過(guò)程

　　現在的電動(dòng)汽車(chē)，大多是使用永磁電機或者交流異步電機作為驅動(dòng)電機，搭配驅動(dòng)器即運行在四象限(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(chē)減速并不是僅僅像普通內燃機通過(guò)踩了剎車(chē)之后而減速。它的制動(dòng)原理是，制動(dòng)的時(shí)候通過(guò)變流器改變了勵磁電流的導通相位，讓電機產(chǎn)生負轉矩(即反向旋轉)，線(xiàn)圈繞組中就會(huì )產(chǎn)生大的反向電動(dòng)勢，電機實(shí)際在發(fā)電。電動(dòng)汽車(chē)的續航能力是車(chē)廠(chǎng)和用戶(hù)都非常關(guān)注的，在現有的電池技術(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，號稱(chēng)續航里程最高的特斯拉，也只是做到320公里的續航。所以對于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，每一焦耳的能量也是非常重要的。

　　圖3 電機四象限運行圖

　　在GBT 18488.2-2015 電動(dòng)汽車(chē)用驅動(dòng)電機系統標準7.6章節里對電動(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)電機的饋電特性有明確的規定，其測試方法為：被試驅動(dòng)電機系統由原動(dòng)機進(jìn)行拖動(dòng)，處于饋電狀態(tài)，記錄饋電過(guò)程中驅動(dòng)電機控制器的直流母線(xiàn)電壓、直流母線(xiàn)電流，驅動(dòng)電機各相交流電壓、交流電流以及驅動(dòng)電機軸端的轉速扭矩等參數，同時(shí)計算獲得功率和饋電效率。

　　既然國標都說(shuō)要測這個(gè)饋電特性，那么驅動(dòng)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(lǐng)域的測試專(zhuān)家，基于新能源汽車(chē)的驅動(dòng)系統饋電特性測試的難點(diǎn)，給出了新能源汽車(chē)驅動(dòng)系統的測試方案。

　　圖4 新能源汽車(chē)驅動(dòng)系統測試架構

　　如圖4所示，新能源汽車(chē)驅動(dòng)器是直流母線(xiàn)進(jìn)，三相交流出的模式，在做饋電特性測試時(shí)，負載電機拖動(dòng)被測電機轉動(dòng)使被測電機工作在反向發(fā)電狀態(tài)，電機產(chǎn)生的三相電能由驅動(dòng)器進(jìn)，轉換為直流出，這時(shí)候系統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(guò)程中，功率分析儀同步對驅動(dòng)器兩端的電壓電流和扭矩轉速傳感器的數據進(jìn)行采集，進(jìn)而計算出饋電效率。

　　饋電特性實(shí)驗只是新能源汽車(chē)眾多測試項目中的冰山一角，致遠電子長(cháng)久以來(lái)專(zhuān)注于新能源測試領(lǐng)域，致力于為國內客戶(hù)提供最全面的測試方案，為促進(jìn)國內新能源行業(yè)進(jìn)步貢獻一份力!