前言

里程焦慮是電動汽車行業的熱門話題之一，如何提升電動汽車的續航能力從而改善駕駛體驗對電動出行至關重要，其中最佳化逆變器和電機的執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對逆變器和電機進行精確的實時效率分析。

背景介紹

為了提升續航里程，需要對電動汽車動力系統的元件進行最佳化。逆變器在整個動力系統中起著重要作用，高效能的逆變器可以減少電池與電機的能量轉換過程中的損失，比如在驅動過程中，由於PWM開關效能和廢熱，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計和最佳化控制軟體演算法提供參考依據。

挑戰

為了對電動汽車動力總成進行精確的實時功率計算，需要以高取樣速率測量被測物件輸入和輸出端的電流、電壓，並要求訊號同步和相位準確。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，測量模組應靠近感測器佈置，避免因訊號傳輸電纜過長引發的電磁干擾。同時在高壓環境中進行測量，必須確保被測物件、測量裝置和使用者的安全。

Vector-CSM解決方案

圖1 Vector-CSM電動汽車高壓測量系統

HV BM模組可以同步測量單相、三相電壓和電流，配合使用vMeasure軟體中的功率分析函式庫實現精確分析。

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HV BM 1。2模組透過格蘭頭或者PL500型接外掛連線在電池和逆變器之間。HV BM 1。2模組可以測量HV+和HV-中的單相直流和電壓，並透過EtherCAT以1 MHz的資料傳輸速率傳遞資料。（透過安裝合適的接插頭，可以實現模組的即插即用）

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HV BM 3。3模組透過格蘭頭或者PL300型接外掛連線在逆變器和電驅之間，並透過互鎖保護裝置固定，且佈線簡潔。測量模組支援三相交流電的電流和電壓相位的同步，並能以2 MHz資料速率透過XCP-on-Ethernet進行傳輸。

圖2 HV BM 3。3 測量逆變器和電機之間的三相交流電

>高壓安全溫度模組（HV PTMM）測量逆變器中溫度。

>HV BM 3。3（帶XCP閘道器）模組提供額外的EtherCAT和CAN介面，允許HV BM 1。2模組（透過EtherCAT）和高壓溫度模組（透過CAN）連線至HV BM 3。3模組，實現兩個HV BM模組同步精度小於1s。

>頻率測量模組（CNT 4 evo）透過測量扭矩和轉速來計算電機的效率，可以直接連線到HV BM 3。3模組的CAN介面。

>VX1000可以採集電機控制器內部變數，和HV BM測量資料透過PTP精準同步。

>CANape和vMeasure自帶的eMobitlityAnalyzer函式庫進行實時的效率計算。

>HV BM 3。3支援三相電功率計算功能。將同步測得的相電流和線電壓，透過XCP以２ ＭS/ｓ速率傳送到上位機，利用eMobilityAnalyzer函式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等。

>在進行逆變器效率分析的同時，eMobilityAnalyzer函式庫還會計算所有必要的引數，如輸入功率和能量、輸出功率和能量、功率耗散、能量損失、效率和旋轉磁場頻率等。

圖3 vMeasure軟體自帶eMobilityAnalyzer函式庫進行功率分析

圖4 使用eMobilityAnalyzer函式庫對逆變器效率進行分析

圖5：根據Vector-CSM測量系統（圖1）得到的電動汽車（標稱功率為75KW）測試資料。速度曲線（白色）可以反映車輛加速和減速。相應的紅色顯示正向或反向電流。在驅動過程中，逆變器效率（亮綠色）在高負載時超過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90%。當負載變化至電流較小時，逆變器的效率和充電效率都會變差。透過eMobilityAnalyzer函式庫（圖4）可進行實時和離線功率計算，同時也能得到電機的電流頻率。

優點

Vector-CSM 電動汽車高壓測量系統支援在臺架或者車輛上進行分散式測量。Vector的軟體方案可以精確同步處理CSM模組採集的資料和ECU的內部資料。

HV BM模組可以透過即插即用接外掛接入測試環境中，被測物件也可以快速的更換以滿足不同的測試配置。

此外，其他測量模組可以直接和HV BM 3。3 或者HV BM 3。3C連線，進一步簡化測試環境配置。透過HV BM模組直接測量電流和電壓，並進行實時功率分析，取代繁瑣的傳統功率分析儀及電流轉換系統。

在高壓環境下，Vector-CSM電動汽車高壓測量系統不但確保了從感測器到資料採集的測量鏈路安全，而且提供了測試模組擴充套件的便捷性，並始終確保測量訊號的同步。透過實時效率的計算，使用者可以便捷地檢查、最佳化電驅測試臺架中的元件。除此之外，CSM模組適合車載使用，方便臺架資料與實車資料對比。

Vector為您提供全面的測量測試解決方案，包括測量模組、感測器、連線線纜和軟體——最終方案根據您的個性化需求進行定製。