Испытания электромобилей в реальных условиях

По мере развития технологий преобразования и аккумулирования электроэнергии в автомобильной промышленности компания Dewesoft вела активную разработку гибких и мощных систем измерения, специально созданных для электрических и гибридных силовых установок. К системам измерения появляются все больше и больше требований. В случае с электрическими транспортными средствами системы измерения должны подходить для среды с высоким напряжением (до 1000 В или даже больше), чтобы обеспечить безопасную и безотказную эксплуатацию. Самым сложным испытанием является проверка привода транспортного средства в реальных условиях. Суровые условия, температура от -30°C до +60°C и все виды ландшафтов требуют соответствующих инструментов измерения. Именно поэтому защищённые и мощные системы измерения Dewesoft идеально подходят для этих целей.

Анализ эффективности при испытаниях в реальных условиях

На настоящий момент потребление энергии и выделение CO2 определяются в испытательной среде посредством стандартизованных ездовых циклов (NEFZ, WMTC и т.д.). Однако эти ездовые циклы не подходят для определения энергопотребления электрических транспортных средств, поскольку в них не учитываются важные факторы влияния, например, рекуперация энергии, погодные условия или огромное воздействие нагрузки вспомогательных механизмов. Иными словами, идеальные условия испытательной среды и близко не стоят рядом с реальными условиями. В результате действительное энергопотребление электрического транспортного средства может превысить результат измерений на 60%.

Электрификация привода транспортного средства меняет все требования к испытаниям транспортных средств в сравнении с анализом ДВС. Электрические и гибридные транспортные средства имеют несколько двигателей, инверторов и аккумуляторных блоков. Для полноценного анализа энергопотребления и эффективности необходимо принимать во внимание все источники энергии и нагрузки. На рис. 1 представлены возможные виды силовых установок электрических и гибридных транспортных средств.

Рис. 1. Силовые установки электрических и гибридных транспортных средств

Для анализа всех необходимых данных необходимо выполнить несколько требований. Система измерения должна абсолютно синхронно измерить электроэнергию в разных точках внутри ТС. Использование стандартного измерительного оборудования потребовало бы нескольких анализаторов электроэнергии, анализаторов сгорания, анализаторов данных, устройств записи данных, GPS-логгеров и т.д. Трудности с объединением и синхронизацией данных, энергоснабжение инструментов (независимо от аккумулятора ТС) и пр. делают получение достоверных результатов измерения практически невозможным. Помимо прочего, важно учитывать, особенно при испытаниях в реальных условиях, что источник энергоснабжения измерительных инструментов должен быть независим от аккумулятора ТС для обеспечения полноценного анализа энергоэффективности без посторонних вмешательств.

Рис. 2. Система измерения

Для решения таких задач наиболее удобным способом Dewesoft R2DB Power Analyser позволяет производить измерения нескольких трехфазных систем одновременно и объединяет в себе функции анализатора энергопотребления, осциллоскопа, устройства записи данных, спектрового БПФ-анализатора и рекордера переходящих событий. В систему также встроен аккумуляторный блок, который питает само измерительное устройство и все датчики (токоизмерительные клещи, GPS, видео и т.д.). Высокая точность (0,03%) и высокая частоты выборки (до 15 кГц) входных усилителей высокого и низкого напряжения обеспечивает точный анализ электрических транспортных средств (см. Изображение 2).

 

Данные в режиме реального времени

В измерительной программе все данные (электрические, механические, видео, GPS, CAN и т.д.) можно просматривать на одном или раздельных экранах, которые пользователь сам создает и настраивает. Это позволяет использовать самые передовые технологии анализа при проведении проверки привода в реальных условиях.

Рис. 3. Снимок экрана измерительной программы, DEWESoft®

Эффективность энергопередачи от сети к колесу

На данном этапе проверки привода определяется эффективность энергопередачи от сети к колесу электрического транспортного средства, работающего на аккумуляторе. Маршрут реальных испытаний был выбран с учетом присутствия характерных особенностей (городской ландшафт, автомагистраль, подъём, спуск и т.д.) для выявления их воздействия на энергопотребления и производительность транспортного средства, работающего на аккумуляторе, в реальных дорожных условиях.

Рис. 4 демонстрирует результаты в виде диаграммы Сэнки, показывающей схему энергопотребления и влияющие факторы.

Рис. 4. Эффективность энергопередачи от сети к колесу электрического ТС в виде диаграммы Сэнки

В данном случае проводились измерения электроэнергии в 6 разных точках, в том числе заряда аккумулятора, двигателя и крупных электроприёмников. Усредненное энергопотребление на всем испытательном пути составило 24,6 кВт*ч/100 км.

Как можно видеть, процесс зарядки/разрядки в данном случае отвечает за большую потерю энергии, равную 15%.

Из-за этой потери из сети на двигатель поступает лишь 60%. Затем снова происходит потеря 15%, однако эта энергия распределяется по вспомогательным потребителям, например, для отопления или кондиционирования воздуха. Наконец, 54% энергии сети поступает на колесо. В моторе происходит потеря 7% энергии. Степень рекуперации на протяжении всего цикла испытания составила 20%, что является весьма высоким показателем.

Данная диаграмма подчеркивает важность определения эффективности энергоснабжения всей системы от сети до колеса, поскольку позволяет выявить главные факторы потери энергии и выполнить необходимые улучшения. Dewesoft R2DB Power Analyser гарантирует достоверные результаты анализа эффективности в реальных условиях для всех типов электрических приводов. Для подробного анализа энергопотребления необходимо использовать видеозапись, регистратор GPS, а также измерять механические характеристики помимо электрических параметров. Таким образом, каждый источник энергии и потребитель можно подробно проанализировать в любых обстоятельствах.

Заключение

Электрификация транспортных устройств меняет требования к системам измерения. С точки зрения аппаратного обеспечения, инструменты должны подходить для работы в среде с высоким напряжением и в суровых условиях. С точки зрения программного обеспечения, существует большая потребность в синхронном сборе данных о различных параметрах, электрических и механических, а также GPS, видео и других данных — функций, которые призваны обеспечить широкие возможности обработки и визуализации данных. Решение Dewesoft из линейки продуктов для анализа энергопотребления создан специально для этих задач и является незаменимым инструментом для инженеров-измерителей.

Для получения более подробной информации о продуктах в области энергопотребления обратитесь к Бернарду Граселю, руководителю направления продукции в области энергосбережения и электрических транспортных средств компании DEWESoft GmbH.