Samstag, 8. April 2023 · 0 min read
Energy Flow Analysis of Electric Vehicle With Power Analyzer
Da die wirtschaftliche Leistung von Elektrofahrzeugen für Kunden wichtig ist, arbeiten die Automobilhersteller intensiv daran, die Reichweite der Fahrzeuge zu erhöhen.
Chinas Subventionen für die Elektromobilität hängen mit der Wirtschaftlichkeit der Fahrzeuge zusammen. Daher untersuchen die OEMs die Wirtschaftlichkeit neuer E-Fahrzeuge. Der Dewesoft Leistungsanalysator bietet eine flexible Lösung für alle Berechnungen der Leistungsanalyse sowie für Messungen der elektrischen und mechanischen Leistung.
Im Verlauf der Entwicklung analysieren die Hersteller der E-Fahrzeuge, wie BJEV oder XPeng, die elektrische Leistung in Bezug auf Zielsetzung und Nutzung der Elektrofahrzeuge. Dabei spielt die Energieflussanalyse für die Entwicklung und als Benchmark eine sehr wichtige Rolle.
Diese Untersuchungen analysieren verschiedene wichtige Merkmale der Elektromobilität wie:
Effizienz der Energieübertragung
Anteil des Energieverlustes zwischen den verschiedenen Teilsystemen
Re-Fitting des Simulationsmodells für die Analyse der Wirtschaftlichkeit
Ausarbeitung aussagekräftiger Leistungsindikatoren
Dewesoft Power Analyser Video - der kleinste hochpräzise Power Analyser der Welt
Die Herausforderung - Power Analyse
Die elektrische Energie aus dem Netz fließt in das Elektrofahrzeug, dessen System Leistungsumwandlungsgeräte wie Batterien, E-Motorsteuerungen, E-Motoren und Getriebe in Serie verbindet, um die Übertragung, Umwandlung und die Nutzung von elektrischer und mechanischer Energie zu erreichen.
Mit der Hilfe eines Energieflussdiagramms und der Theorie der Energieanalyse kann der Wirkungsgrad jedes Teils des Elektrofahrzeugs erreicht werden.
Folgende Beispiele für Berechnungen sind möglich:
Ermittlung der Arbeitseffizienz der Batterie unter Fahrbedingungen
Hier wird das Verhältnis der kumulativen Ausgangsleistung der Batterie zur gesamten Eingangsenergie des Stromnetzes berechnet.
Ermittlung der Effizienz der Rückgewinnung der Bremsenergie (Rekuperation)
Hier wird das Verhältnis der von der Batterie zurückgewonnenen Leistung zur verfügbaren kinetischen Energie des Fahrzeugs berechnet.
Multifunktionale Lösung
Der hochpräzise Dewesoft Leistungsanalysator erfüllt vollständig die Anforderungen an die Energiefluss-Messung. Er bietet eine flexible, universelle Lösung sowohl für alle Berechnungen der elektrischen Leistungsanalyse, sowie für mechanische Größen.
Dank der Software DewesoftX vereint das DAQ System mehrere Funktionalitäten in einem einzigen Messgerät:
Power Analyser
Indizierung (Motor-Verbrennungsanalyse)
Oszilloskop
Rohdaten-Logger
Spectrum Analyser
Analyse vieler Fahrzeugbussysteme (CAN, CAN FD, Flexray, XCP...)
usw.
Damit gewährleistet das Datenerfassungssystem eine reibungslose Datensynchronisation, Visualisierung, Speicherung und Analyse (sowie Datenvergleich).
Spannungsmessung
Die Dewesoft SIRIUS HS (High Speed) und HV (High Voltage) Kanäle können Spannungen in verschiedenen Messbereichen von ±1600 V bis ± 20 V erfassen und erfüllen damit unterschiedlichste Testanforderungen: Die Hochvolt-Batteriespannung von rein elektrischen Fahrzeugen liegt im Allgemeinen zwischen 300V und 420V. Die Niedervolt-Batteriespannung beträgt im Allgemeinen 12V, 24V oder 48V.
Messung hoher Ströme
Die Entladungsrate der Batterie liegt im Allgemeinen unter 1C. Wenn das Fahrzeug schnell beschleunigt, kann die Spitzenentladerate 2C oder mehr erreichen, was einem Strom von ca. -300A ~ + 500A entspricht.
Für rasche Installation des Stromsensors, ohne Öffnung des Leiters, eignet sich die hochpräzise, öffenbare Stromzange DS-CLAMP-500DCS mit einem Meßbereich von ± 500A.
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Niederspannungs- und Schwachstrommessung
Typische Verbraucher des Niederspannungssystems im Elektrofahrzeug sind z.B. Beleuchtung, Entertainment-System, Kühlventilatoren, Kühlwasserpumpen usw. Ihr Arbeitsstrom beträgt etwa 2A ~ 40A, bei einer Arbeitsspannung von 12V oder 24V.
Die Messung wird vom DS-SHUNT-XXA Stromsensor erfasst, der im Sicherungskasten installiert wird und die Originalsicherung ersetzt und daher bequem zu installieren ist.
Messung mechanischer Energie
Der Kunde muss die von der Antriebswelle abgegebene mechanische Energie überwachen, um den Wirkungsgrad des Elektromotors und des Getriebes zu berechnen.
Die Leistung eines rotierenden Objekts in kW ist das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl geteilt durch 9550. Die Drehmomentmessung verwendet einen drahtlosen Drehmomentsensor für die Welle mit hoher Genauigkeit und geringem Signalrauschen. Die Radgeschwindigkeit wird mit einem digitalen Inkremental-Encoder gemessen.
Reine Elektrofahrzeuge haben nur die Hochvolt-Batterie als einzige Energiequelle. Der Übertragungsweg ist relativ einfach. Wenn das Fahrzeug in Betrieb ist, überträgt die Hochvolt-Batterie die gespeicherte elektrische Energie über eine Power Distribution Unit (PDU) an die E-Motorsteuerungseinheit (MCU).
Die MCU wandelt Hochspannungs-Gleichstrom in Hochspannungs-Wechselstrom um, so dass der Motor betrieben werden kann. Der Motor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um und überträgt sie über das Übersetzungsgetriebe auf die Räder, um das Fahrzeug anzutreiben.
Bei einem reinen Elektrofahrzeug mit Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation) wird ein Teil der kinetischen Energie über die Räder und das Übersetzungsgetriebe beim Bremsen auf den E-Motor übertragen. Währenddessen spielt der E-Motor die Rolle eines Generators, der mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, dann gibt der Motor die elektrische Energie an die Hochvolt-Batterie ab, um sie zu speichern.
Um den normalen Betrieb des Niederspannungssystems aufrechtzuerhalten, lädt das Batteriemanagementsystem die Niedervolt-Batterie über den Gleichspannungswandler von der Hochvolt-Batterie auf, wenn die 12V-Niederspannungsbatterie zu wenig Leistung hat.
Der Dewesoft Power Analyser erfüllt diese Messaufgabe. Durch die Installation von Sensoren an jedem Pfad der Energieübertragung können Spannung und Strom validiert werden.
Das Dewesoft X Leistungsmodul kann die Momentanleistung in Echtzeit berechnen. Gleichzeitig können positive und negative Energie berechnet werden.
Fazit
Die Dewesoft Lösung wird von immer mehr Entwicklungsdienstleistern für neue Energiefahrzeuge in China verwendet. Etwa 30 Autohersteller in China setzen auf den Dewesoft Power Analyser, um den Energiefluss von Elektrofahrzeugen zu analysieren, und die Zahl der Kunden nimmt weiter zu.
Aufgrund ihrer kompakten Größe kann die DAQ-Ausrüstung für Bordtests und Prüfstandsversuche verwendet werden. Dabei ist die Bedienung der Software sehr einfach.
Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit der DAQ-Hardware owie der Software kommen dem Anwender sehr entgegen. Da sich der Power Analyser auch mit anderen Plug-Ins wie z.B. Brake Test kombinieren lässt, kann der Kunde neben der Energierückgewinnung gleichzeitig Motorparameter während des Leistungs- oder Bremsentests analysieren. Darüber hinaus kommt die Lösung auch bei der Validierung von Hybridfahrzeugen und Wasserstoff-Brennstoffzellen zum Einsatz.