從F1說(shuō)到電機(jī)的饋能

　　今天在這里講一下電機(jī)的一個(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(kāi)賽了，作為資深車迷來(lái)說(shuō)是非常興奮的，那我們今天要討論的話題就從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(lái)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(kāi)的。

　　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(lái)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(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(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(lái)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(wú)法獲得好的成績(jī)。

　　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。

　　圖2 比亞迪E6剎車時(shí)儀表盤(pán)顯示能量回饋過(guò)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(guò)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(guò)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(shì)，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(lái)說(shuō)，每一焦耳的能量也是非常重要的。

　　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(cè)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(guò)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(guó)標(biāo)都說(shuō)要測(cè)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(cè)的呢?廣州致遠(yuǎn)電子作為國(guó)內(nèi)新能源領(lǐng)域的測(cè)試專家，基于新能源汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)饋電特性測(cè)試的難點(diǎn)，給出了新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試方案。

　　圖4 新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)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(cè)試時(shí)，負(fù)載電機(jī)拖動(dòng)被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使被測(cè)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(cè)試過(guò)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(cè)試項(xiàng)目中的冰山一角，致遠(yuǎn)電子長(zhǎng)久以來(lái)專注于新能源測(cè)試領(lǐng)域，致力于為國(guó)內(nèi)客戶提供最全面的測(cè)試方案，為促進(jìn)國(guó)內(nèi)新能源行業(yè)進(jìn)步貢獻(xiàn)一份力!