里程焦慮是電動汽車行業(yè)的熱門話題之一,，如何提升電動汽車的續(xù)航能力從而改善駕駛體驗對電動出行至關(guān)重要,，其中優(yōu)化逆變器和電機的運行效率是電動汽車能量管理的基石之一,。本文將介紹如何使用Vector-CSM的電動汽車高壓測量系統(tǒng)對逆變器和電機進(jìn)行精確的實時效率分析,。

一,、背景介紹

為了提升續(xù)航里程,，需要對電動汽車動力系統(tǒng)的組件進(jìn)行優(yōu)化,。逆變器在整個動力系統(tǒng)中起著重要作用，高效能的逆變器可以減少電池與電機的能量轉(zhuǎn)換過程中的損失,，比如在驅(qū)動過程中,，由于PWM開關(guān)性能和廢熱，會損失部分能量，而在制動過程中,，逆變器可以將能量回收,，按需給電池充電，這個過程也會有能量損失,。測量逆變器和電機的效率為評估和驗證電動汽車動力總成設(shè)計和優(yōu)化控制軟件算法提供參考依據(jù),。

二、挑戰(zhàn)

為了對電動汽車動力總成進(jìn)行精確的實時功率計算,，需要以高采樣速率測量被測對象輸入和輸出端的電流,、電壓，并要求信號同步和相位準(zhǔn)確,。為了綜合分析,，需要同步獲取其他測量值，如逆變器中的溫度,，以觀察、捕捉部件的工作閾值和特定溫度下的效率,。理想情況下,，測量模塊應(yīng)靠近傳感器布置，避免因信號傳輸電纜過長引發(fā)的電磁干擾,。同時在高壓環(huán)境中進(jìn)行測量,，必須確保被測對象、測量設(shè)備和用戶的安全,。

三,、Vector-CSM解決方案

圖1:Vector-CSM電動汽車高壓測量系統(tǒng)

HV BM模塊可以同步測量單相、三相電壓和電流,，配合使用vMeasure軟件中的功率分析函數(shù)庫實現(xiàn)精確分析,。

1、HV BM 1.2模塊通過格蘭頭或者PL500型接插件連接在電池和逆變器之間,。HV BM 1.2模塊可以測量HV+和HV-中的單相直流和電壓,，并通過EtherCAT以1 MHz的數(shù)據(jù)傳輸速率傳遞數(shù)據(jù)。（通過安裝合適的接插頭,，可以實現(xiàn)模塊的即插即用）

2,、HV BM 3.3模塊通過格蘭頭或者PL300型接插件連接在逆變器和電驅(qū)之間，并通過互鎖保護裝置固定,，且布線簡潔,。測量模塊支持三相交流電的電流和電壓相位的同步，并能以2 MHz數(shù)據(jù)速率通過XCP-on-Ethernet進(jìn)行傳輸,。

圖2：HV BM 3.3 測量逆變器和電機之間的三相交流電

3,、高壓安全溫度模塊（HV PTMM）測量逆變器中溫度。

4、HV BM 3.3（帶XCP網(wǎng)關(guān)）模塊提供額外的EtherCAT和CAN接口,，允許HV BM 1.2模塊（通過EtherCAT）和高壓溫度模塊（通過CAN）連接至HV BM 3.3模塊,，實現(xiàn)兩個HV BM模塊同步精度小于1µs。

5,、頻率測量模塊（CNT 4 evo）通過測量扭矩和轉(zhuǎn)速來計算電機的效率,，可以直接連接到HV BM 3.3模塊的CAN接口。

6,、VX1000可以采集電機控制器內(nèi)部變量,，和HV BM測量數(shù)據(jù)通過PTP精準(zhǔn)同步。

7,、CANape和vMeasure自帶的eMobitlityAnalyzer函數(shù)庫進(jìn)行實時的效率計算,。

8、HV BM 3.3支持三相電功率計算功能,。將同步測得的相電流和線電壓,，通過XCP以２ ＭS/ｓ速率發(fā)送到上位機，利用eMobilityAnalyzer函數(shù)庫實時完成電功率計算,，如有功功率,、視在功率、無功功率和功率因數(shù)等,。

9,、在進(jìn)行逆變器效率分析的同時，eMobilityAnalyzer函數(shù)庫還會計算所有必要的參數(shù),，如輸入功率和能量,、輸出功率和能量、功率耗散,、能量損失,、效率和旋轉(zhuǎn)磁場頻率等。

圖3:vMeasure軟件自帶eMobilityAnalyzer函數(shù)庫進(jìn)行功率分析

圖4:使用eMobilityAnalyzer函數(shù)庫對逆變器效率進(jìn)行分析

圖5:根據(jù)Vector-CSM測量系統(tǒng)（圖1）得到的電動汽車（標(biāo)稱功率為75KW）測試數(shù)據(jù),。速度曲線（白色）可以反映車輛加速和減速,。相應(yīng)的紅色顯示正向或反向電流。在驅(qū)動過程中,，逆變器效率（亮綠色）在高負(fù)載時超過90%,；而在能量回收過程中，逆變器反向充電效率（亮綠色）也可高達(dá)90%,。當(dāng)負(fù)載變化至電流較小時,，逆變器的效率和充電效率都會變差。通過eMobilityAnalyzer函數(shù)庫（圖4）可進(jìn)行實時和離線功率計算,，同時也能得到電機的電流頻率,。

四,、優(yōu)點

Vector-CSM 電動汽車高壓測量系統(tǒng)支持在臺架或者車輛上進(jìn)行分布式測量。Vector的軟件方案可以精確同步處理CSM模塊采集的數(shù)據(jù)和ECU的內(nèi)部數(shù)據(jù),。

HV BM模塊可以通過即插即用接插件接入測試環(huán)境中,，被測對象也可以快速的更換以滿足不同的測試配置。

此外,，其他測量模塊可以直接和HV BM 3.3 或者HV BM 3.3C連接,，進(jìn)一步簡化測試環(huán)境配置。通過HV BM模塊直接測量電流和電壓,，并進(jìn)行實時功率分析,，取代繁瑣的傳統(tǒng)功率分析儀及電流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

在高壓環(huán)境下,，Vector-CSM電動汽車高壓測量系統(tǒng)不但確保了從傳感器到數(shù)據(jù)采集的測量鏈路安全,，而且提供了測試模塊擴展的便捷性，并始終確保測量信號的同步,。通過實時效率的計算,，用戶可以便捷地檢查、優(yōu)化電驅(qū)測試臺架中的組件,。除此之外,，CSM模塊適合車載使用，方便臺架數(shù)據(jù)與實車數(shù)據(jù)對比,。

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