Laddade EVS | En närmare titt på specialbyggda kraftanalysatorer för exakt EV-test och mätning

Frågor och svar med EV -mätningstekniska experter Coty Harrison och Cristian Loris från Yokogawa Test & Measurement.

När man har till uppgift att mäta den elektriska kraften hos komplexa system som EVS, kan en oerfaren ingenjör först nå allmän instrumentering som oscilloskop, datainsamling (DAQ) -system och digitala multimetrar (DMM). Medan dessa instrument tjänar användbara roller i elektriska tester-Osilloskop analyserar tidsberoende signaler, hanterar DAQ: er storskaliga data och DMM: er fokuserar på grundläggande elektriska mätningar-de är inte lämpade för att göra spårbara och exakta elektriska effektmätningar.

Alla tre allmänna verktygen har samma brister – de är inte utformade för att mäta kraft exakt men istället exakt mäta DC eller i vissa fall rena AC RMS. Att använda oscilloskop kan DAQ och DMM för att mäta kraft kompromissa med produktdesign genom att skapa betydande (ofta osynliga) mätfel.

Det rätta verktyget för att mäta kraft i komplexa EV-system är en specialbyggd kraftanalysator som fångar tre kärnparametrar-spänning, ström och kraft-såväl som några mycket viktiga ytterligare parametrar (beroende på vilket system du testar) som bidrar till att förstå effektiviteten och den övergripande systemprestanda.

För att lära dig mer om specialbyggda kraftanalysatorer, Laddad Nyligen pratade med mättekniska experter Coty Harrison och Cristian Loris från Yokogawa Test & Measurement. Yokogawa grundades 1911 och är ett globalt företag som tillhandahåller en rad produkter som mäter elektriska och optiska signaler och andra kritiska tekniska parametrar. Företagets system används inom branscher som energi, tillverkning och allt mer inom EVs och förnybar energi.

Laddad: Kan du ge oss en hög nivå förklaring av varför specialbyggda kraftanalysatorer är kritiska i EV-systemutvecklingen?

Coty Harrison: I EV -applikationer måste mätnoggrannheten upprätthållas på ett tillförlitligt sätt över en rad frekvenser och förhållanden, så det är kritiskt att du har ett system som fångar många olika element och kanaler.

När du till exempel testar och testar en ny EV -dragmotordesign behöver du ett system som gör det möjligt för ingenjörer att mäta elektriska parametrar såväl som mekaniska parametrar som hastighet och vridmoment.

Noggrannhet blir särskilt viktig under validering, eftersom tillverkarna måste se till att deras produkter uppfyller stränga effektivitet och prestanda riktmärken före produktion eller leverans till kunder. När EVS fick dragkraft och konkurrensen ökade på marknaden började ingenjörer utveckla mer innovativa och komplexa mönster, vilket innebar mer komplicerade mätningar. Till exempel designade vi våra senaste kraftanalysatorer för att ge precision med en felmarginal så låg som 0,03%. Detta innebär att tillverkare med säkerhet kan verifiera effektivitetsvinster inom 1-2% -intervallet, vilket är avgörande för konkurrensutvecklingen.

Nya material som kiselkarbid (SIC) och galliumnitrid (GAN) möjliggör högre växlingshastigheter, så instrument utvecklades också för att uppfylla alltmer krävande växlingskrav. För EV -applikationer är det inte längre ett behov utan ett behov av en kraftanalysator för att stödja provtagningshastigheter upp till 10 megaprover per sekund (MSP) per kanal. Och när du kombinerar det med 18-bitars analog-till-digital (A/D) konvertering, säkerställer du exakta data även under högfrekventa förhållanden. Detta möjliggör EV -motor- och invertervalidering med effektivitetsmätningar som skiljer mellan verkliga vinster och mätningsfel – Vital för prestandainställning i fordon.

Bild 1: Kraftmätning och effektivitetspunkter för elektrisk fordon

Laddad: Kan du utöka exemplet med EV Traction Motor Design? Hur exakt används en specialbyggd kraftanalysator för att förbättra slutprodukten?

Cristian Loris: Effektivitet påverkar direkt utbudet av EV, som är en nyckelfaktor för konsumenterna. Små förbättringar i motorisk effektivitet kan avsevärt utvidga fordonsintervallet och minska energiförbrukningen. Exakta mätningar kommer att optimera prestanda under olika belastningar, och precision är särskilt kritisk när man adresserar komplexa drivcykelscenarier.

Det handlar om två viktiga utmaningar. Först mäter kraft till en känd, spårbar och garanterad kraftspecifik, vilket inte är möjligt om du använder instrument med fokus på DC -specifikationer eller AC RMS. AC -effekt – särskilt bullriga växlade kraft – kräver integration med en hög provhastighet, hänsyn till linjefilter och nollövergångar etc.

Den andra utmaningen är att motorer är en induktiv belastning, som alltid kommer att ha en viss effektfaktor som ytterligare kommer att försämra mätnoggrannheten om du använder allmänna verktyg som oscilloskop, DAQ och DMMS – liksom 30% eller mer.

Till skillnad från allmän utrustning kommer kraftanalysatorer att ha dedikerade algoritmer optimerade för dragmotorsapplikationer, inklusive kraftberäkning över olika belastningsförhållanden. För EV-effektmätningar är signalkonditionering avgörande för att minska brus och upprätthålla signalintegritet, särskilt i högeffekt. Dessutom är specialbyggda analysatorer utformade för att logga data konsekvent under längre perioder och erbjuda spårbara dataposter för certifieringsändamål, vilket är viktigt för EV-drivlinjeprovning som ofta innebär mätningar av lång varaktighet.

Coty Harrison: För att utarbeta detta exempel måste några viktiga parametrar mätas i dragmotorutveckling. Den första är drivlinjens effektivitet, och dessa mätningar kräver exakt spänning och strömavläsningar från kraften som levereras till dragmotorn, både från batteriet och växelriktaren. Utmaningen här ligger i att mäta högfrekventa växlingsvågformer exakt, eftersom dragmotorer vanligtvis fungerar under dynamiska förhållanden.

Sedan finns det effektfaktorn, som påverkar energiöverföringen från batteriet till motorn. Att säkerställa en högre effektfaktor (så nära som möjligt för det ideala enhetliga värdet) förbättrar energieffektiviteten och minskar förluster och är därför avgörande för att mäta och kontrollera.

Harmonik och snedvridningar i ström- och spänningsvågformer leder också till energiförlust och kan påverka EV -motorens prestanda. Kraftanalysatorer som exakt kan mäta harmoniska innehåll hjälper ingenjörer att mildra dessa förluster.

Slutligen är moment- och hastighetsmätningar viktiga för att bedöma motorutgången exakt.

Att kombinera den exakta mätningen av dessa parametrar ger ingenjörer en fullständig bild av en motors effektivitet.

Laddad: Du nämnde valideringsstadiet i utvecklingsprocessen. Är det när kraftanalysatorer huvudsakligen används?

Cristian Loris: Ja, kraftanalysatorer används främst under valideringssteget för EV -system för att jämföra effektiviteten och säkerställa att produkter uppfyller prestationsförväntningarna innan de flyttar in i massproduktionen.

Coty Harrison: Valideringsfasen inkluderar komponentnivån (dvs Chip -tillverkare), den initiala systemintegrationsnivån (dvs. Tier 1 -leverantörer) och produktionsnivån (dvs. fordon OEM) – för att se till att hela produktionsprocessen fungerar korrekt.

Generellt kan komponenttillverkare använda enheter med lägre noggrannhet (cirka 1%) vid utformning av delar. Och sedan innan de slutför mönster och fraktdelar till kunderna kommer de att använda kraftanalysatorer för att jämföra delarna med extremt hög noggrannhet. Detta är när de skapar ett specblad för en del. Ballparkvärden är otillräckliga för detta steg. De måste ha exakta effektmätningar.

Laddad: Vilka Yokogawa -produkter använder EV -ingenjörer vanligtvis för kraftanalys?

Coty Harrison: Våra Yokogawa WT -serie Power -analysatorer är designade för detta ändamål. Till skillnad från allmänna mätverktyg tillhandahåller våra kraftanalysatorer både isolerade spänningsingångar och exakta strömmätningsfunktioner, som är viktiga för att exakt fånga cykel-för-cykel effektmätningar. Verktyg som saknar AC -signalprovning kommer att kämpa med mätningar under de dynamiska förhållandena som ses i EV: er eller andra system med skiftande effektfaktorer.

Cristian Loris: Eftersom bilindustrin har omfamnat elektrifiering har vi lagt till funktioner som stöd för multimotoriska system och snabbare provtagningshastigheter för att hantera högre växlingsfrekvenser.

Våra WT5000 stöder upp till sju element som ger exakta ström- och spänningsmätningar. Strömavkänning utförs med hjälp av ett shuntmotstånd med temperatur- och frekvenskompensation. För utvärdering av motorhastighet, vridmoment och mekanisk kraft finns upp till åtta ingångskanaler (via två moduler) tillgängliga, vilket möjliggör utvärdering av fyra motorsystem samtidigt.

Laddad: Var används kraftanalysatorer utanför EV -industrin?

Cristian Loris: Medan bilapplikationer driver mycket innovation i rymden, används våra kraftanalysatorer också i stor utsträckning i industriell motorutveckling, vilket förbrukar ungefär 60% av den globala elen. Så att förbättra effektiviteten i dessa system har en enorm inverkan på att minska energianvändningen och kostnaderna.

Laddad: Kan du berätta mer om dina roller på Yokogawa och hur du hjälper EV -systemingenjörer?

Coty Harrison: Jag har varit i Yokogawa i åtta år. Jag började som applikationsingenjör, där det mesta av vår tekniska personal börjar. Med tanke på komplexiteten i vår testutrustning är det viktigt att få praktisk upplevelse. Därifrån övergick jag till teknisk försäljning och blev så småningom den nordamerikanska försäljningschefen för vårt test- och mätgrupp.

Cristian Loris: Jag började också med Application Engineering -teamet för ungefär två och ett halvt år sedan. Där hjälpte jag till att integrera våra produkter i kundernas testinställningar, så att jag kunde se från första hand branschens utmaningar. Sedan dess har jag övergått till rollen som produktchef för vår avkolning och elektrifieringsproduktportfölj, inklusive våra kraftanalysatorer för EV -marknaden.

Vi arbetar nära med EV Systems -ingenjörer när de behöver hjälp med att ta reda på vilka testprodukter som kommer att fungera bäst för sina specifika applikationer, och sedan hjälper vi dem att anpassa och implementera dem i sina processer.

MER: Titta på detta webinar av Yokogawa Test & Measurement För att lära dig mer om hur man effektivt jämför ut data för och felsöker problem med energieffektivitet i EV -drivlinor.