​Тестирование гибридных и электрических силовых агрегатов

-
62
​Тестирование гибридных и электрических силовых агрегатов

За последнее десятилетие на большинстве транспортных рынков, от автомобильных до военных, авиационных и даже космических систем, наблюдался огромный всплеск интереса к технологии гибридных и электрических транспортных средств. Чтобы получить обещанные преимущества эффективности и «зеленого» профиля этих транспортных средств, важно проводить испытания трансмиссии и компонентов во время проектирования и производства, которые специально адаптированы к особой природе гибридных и электрических транспортных средств.

Гибридные и электрические трансмиссии имеют ряд особенностей, которые сильно отличаются от стандартных испытаний, проводимых только на системах внутреннего сгорания (IC). В гибридных и электрических системах используется рекуперативное торможение (при котором торможение фактически генерирует энергию, которая возвращается в батарею транспортного средства и хранится в ней для последующего использования). Как правило, это требует добавления довольно сложной технологии инвертора переменного тока, а часто и более сложных трансмиссий.

Кроме того, такие автомобили часто имеют несколько модульных блоков управления (MCU), по сути, небольшие бортовые компьютеры, которые контролируют функции таких основных подсистем, как двигатель, трансмиссия, система зарядки и т.п. Для надлежащего тестирования этих компонентов тестовая система должна иметь возможность взаимодействовать с одним или несколькими такими блоками через высокоскоростные автомобильные сети. Такая меняющаяся технология и повышенная сложность требуют, чтобы испытательная система отличалась и была более сложной, чем те, которые используются в системах только с интегральной схемой.

Технология призвана обеспечить надлежащее тестирование и реализацию преимуществ энергоэффективности, обещанных гибридными и электрическими транспортными средствами. Более того, технология испытаний сама по себе является энергоэффективной, снижая эксплуатационные и эксплуатационные расходы и способствуя улучшению общих экологических показателей автомобиля.

Испытания гибридных или электрических транспортных средств проводятся на нескольких этапах разработки автомобиля, и каждый из них играет важную роль.

Инженерные испытания — инженеры-конструкторы нуждаются в точных измерениях. Точные измерения очень важны, поэтому инженеры-конструкторы могут извлечь из своих конструкций каждую частичку эффективности. В противном случае они потеряют большую часть преимуществ использования гибридной/электрической технологии. Большинство транспортных средств используют 3-фазные двигатели переменного тока, приводимые в движение инверторной технологией, поэтому для правильного измерения 3-фазной мощности переменного тока с большим количеством гармоник необходимы сложные анализаторы мощности. Эти тест-системы, как правило, довольно сложны и, как правило, являются наиболее сложными, со многими элементами, которые должны быть проверены и скоординированы.

Производители, как в процессе, так и в конце линии, проверяют производительность и безопасность. Изготовление конечной линии тестирование, как правило, проводится, чтобы убедиться, что никаких дефектов не было введено в производственный процесс, и что компоненты будут работать в соответствии с техническими условиями. Типичные испытания включают эксплуатационную проверку, быстрые эксплуатационные испытания, а также строгие испытания для подтверждения того, что высоковольтные электрические системы должным образом изолированы и, следовательно, безопасны для использования в транспортных средствах.

Испытания в процессе эксплуатации могут также проводиться для испытания частичных узлов вдоль производственной линии. Это повышает эффективность производства и значительно снижает вероятность попадания неисправных компонентов в готовый продукт.

Тестирование контроля качества — пользователи двигателей ищут дефекты в поступающем продукте. Тестирование контроля качества (QC) обычно проводится на определенном проценте компонентов, чтобы убедиться в том, что они работают в указанном диапазоне и относительно свободны от дефектов. Например, компания, занимающаяся производством вилочных погрузчиков, может проводить проверку качества на партии импортируемых электродвигателей, которые планируется разместить внутри своих погрузчиков. Они будут использовать QC-тестирование, чтобы убедиться, что партия, поступающая от их поставщика, работает так, как указано, и не будет испытывать высокой частоты отказов на местах. Этот тип испытательной системы обычно менее сложен, потому что он не должен измерять столько изделий, ни в степени точности, как те, которые испытываются в инженерных системах.

В гибридных или электрических транспортных средствах используется 4-квадрантная моторная/инверторная технология либо в качестве вспомогательного средства для двигателя (гибридное транспортное средство), либо в качестве тягача (электромобиль). Четырехквадрантный режим означает, что электрический двигатель может контролировать скорость или крутящий момент в любом направлении — двигатель может ускорять, запускать и замедлять движение вперед или назад.

Во время торможения система использует рекуперативное торможение, поэтому электродвигатель используется для замедления транспортного средства, и в процессе работы становится генератором, частично улавливая энергию движения в транспортном средстве и восстанавливая ее в аккумуляторной батарее. В гибридных системах при остановке, замедлении или на холостом ходу двигатель, как правило, отключается и не сжигает топливо. В то же время, электрический двигатель снова превращается в генератор, частично улавливая энергию и сохраняя ее обратно в батарее. Двигатель снова включается, когда это необходимо для продолжения движения автомобиля или для ускорения. В это время электромотор помогает ускорить автомобиль, используя часть уловленной электрической энергии для снижения нагрузки на двигатель и, следовательно, уменьшения расхода топлива.

Использование этой улавливаемой энергии является причиной того, что мы можем удлинять интервал между заправками и/или зарядами, что приводит к улучшению экономии топлива, к которому мы стремимся. Важно, чтобы программа испытаний, используемая при проектировании и производстве автомобилей, обеспечивала эффективную работу силовой установки и оптимальное использование этой регенеративной энергии.

Испытания гибридных и электрических транспортных средств — это мир, отличный от традиционных испытаний двигателей внутреннего сгорания, которые обычно измеряют скорость, крутящий момент и несколько температур, давлений и потоков. Очень точный контроль скорости и крутящего момента, как правило, не требуется при тестировании двигателей внутреннего сгорания, поэтому динамометры, используемые для стандартных испытаний двигателей внутреннего сгорания (например гидротормоза), никогда не проектировались с такой точностью, которая требуется гибридным или электрическим силовым агрегатам, равно как и не могут испытывать регенеративные (моторные) режимы работы.

Современные гибридные/электрические испытательные системы должны обеспечивать все функциональные возможности традиционных систем с добавлением возможности испытания мощных регенеративных электрических приводов, высоковольтных батарей и систем зарядки, а также связи с любым количеством интеллектуальных модулей управления (MCU).

Тестирование электрических систем. Для многих более крупных гибридных/электрических приводов наблюдается сильная тенденция к использованию более высоковольтных и эффективных приводных систем. Переход от традиционной 12/24-вольтовой электрической системы постоянного тока к системе, использующей 240 вольт переменного тока, обычно требует одну восьмую или меньшую часть тока для обеспечения той же мощности. Это не только более эффективно, но и требует намного меньше/легче проводки и меньших компонентов для передачи энергии, что приводит к более маленьким, легким и энергосберегающим транспортным средствам. Многие токовые конструкции работают при 800 вольт и более, что делает автомобили еще более эффективными.

Для проведения такого типа испытаний необходимо использовать 4-квадрантный автомобильный динамометр, который может имитировать/тестировать все режимы работы в гибридном или электрическом транспортном средстве. Способность управлять транспортным средством или нагружать его в любом направлении — это именно то, что необходимо для испытания системы, которая сама работает подобным образом. Стандартный динамометр просто не способен испытывать систему во время торможения, когда она находится в регенеративном режиме.

Создание высокоэффективных систем с питанием от переменного тока обычно предполагает использование трехфазной инверторной технологии для точного управления электродвигателем(ами) в системе. Эти системы, как правило, очень эффективны, но при этом генерируют большое количество гармонических искажений на выходе мощности. Таким образом, в дополнение к моторному динамометру, современная гибридная/электрическая испытательная система обычно включает в себя довольно сложный трехфазный анализатор мощности. Этот прибор должен быть специально разработан для точного измерения электрических величин большой мощности с большим количеством присутствующих гармонических искажений.

Для удовлетворения потребности в системе, способной полностью тестировать системы привода гибридных и электрических транспортных средств, SAKOR разработал HybriDyne — комплексную испытательную систему для определения эксплуатационных характеристик, эффективности и долговечности всех аспектов систем гибридных трансмиссий, включая системы электрической помощи (параллельные гибридные), дизель-электрические (серийные гибридные) и полностью электрические автомобильные системы.

HybriDyne объединяет компоненты силовой передачи DynoLAB компании SAKOR и системы сбора и контроля данных об электрических двигателях. В сочетании с одним или несколькими моторными динамометрами переменного тока AccuDyne и одним или несколькими прецизионными анализаторами мощности, модульный HybriDyne может тестировать отдельные механические и/или электрические компоненты, интегрированные узлы и полные трансмиссии с помощью одной системы.

Важнейшим элементом современных гибридных или электрических транспортных средств является высоковольтная аккумуляторная батарея и система зарядки. Для точного тестирования высоковольтной гибридной или электрической трансмиссии необходимо, чтобы вы могли обеспечить точную, воспроизводимую высоковольтную мощность постоянного тока. Поскольку рабочие характеристики батареи меняются с течением времени в зависимости от состояния заряда, условий окружающей среды и возраста, они, как правило, не приемлемы для питания компонентов постоянного тока гибридной/электрической испытательной системы. Для получения воспроизводимых результатов необходим надежный источник питания постоянного тока. Стандартный готовый источник питания не будет работать, поскольку он не может поглощать энергию из регенеративной системы. Фактически, стандартный источник питания, используемый с рекуперативной системой, может быть поврежден или разрушен.

SAKOR решил эту проблему, разработав твердотельный симулятор батарей/тестовую систему специально для тестирования высоковольтных батарей гибридных транспортных средств и имитации этих батарей в условиях электрического трансмиссии.

В основе системы лежит высокоэффективный линейно-регенеративный источник питания постоянного тока. Во время регенеративных режимов поглощенная энергия регенерируется обратно в сеть переменного тока, а не рассеивается в виде отработанного тепла, что является обычной практикой среди испытательных систем предыдущего поколения. Этот инновационный метод обеспечивает гораздо большую эффективность использования энергии и заметно снижает общие эксплуатационные расходы.

В сочетании с DynoLAB твердотельный аккумуляторный симулятор/тестер точно моделирует реакцию высоковольтной батареи в реальных условиях. Однако, поскольку он не подвержен переменному состоянию заряда, он обеспечивает воспроизводимые результаты, тест за тестом. Это же устройство, работая в качестве тестера батареи, подвергает батарею такому же профилю заряда/разряда, с которым она могла бы столкнуться в реальном транспортном средстве на реальной дороге.

Одно из преимуществ использования динамометра переменного тока с регенеративным источником питания постоянного тока заключается в том, что при соединении этих двух устройств мощность, поглощаемая одним устройством, может быть рециркулирована обратно в другое устройство в рамках испытательной системы. Это значительно сокращает мощность, потребляемую от сети переменного тока (на целых 85% — 90%), и, следовательно, значительно снижает общие эксплуатационные расходы. Это чрезвычайно энергосберегающая конфигурация, которая может легко окупить себя, часто многократно в течение всего срока службы тестовой системы. Очень низкие требования к техническому обслуживанию также вносят существенный вклад в снижение эксплуатационных расходов.

Связь с отдельными модулями управления (MCU) является еще одной особенностью, которая должна быть встроена в системы тестирования гибридных или электрических транспортных средств. В прошлом управление двигателем осуществлялось преимущественно с помощью дроссельной заслонки и зажигания. Теперь двигатели имеют блок управления двигателем (ECU), автомобиль, вероятно, будет иметь отдельный MCU, который управляет электроприводом, и может иметь отдельные блоки для управления трансмиссией и/или системами зарядки. Эти устройства, как правило, передают команды и/или данные между собой через высокоскоростные автомобильные сети, такие как CAN, LIN, FlexRay и др.

Для правильной проверки этой сложной конфигурации трансмиссии тестовая система должна быть способна одновременно и эффективно обмениваться данными с этими блоками управления. Система DynoLAB была разработана для интеграции всех этих отдельных блоков в единую скоординированную платформу тестирования.

В автомобилестроении, тяжелой технике, военной и аэрокосмической промышленности существует огромный ажиотаж в связи с обещанием улучшения экологических характеристик гибридных и электрических транспортных средств. Для выполнения этого обещания необходимо принять программы испытаний трансмиссии, которые бы отвечали потребностям этой новой и развивающейся технологии.

География:
  • Без привязки
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...