从F1说到电机的馈能

还有不到一个月，世界一级方程式锦标赛2017赛季就要开赛了，作为资深车迷来说是非常兴奋的，那我们今天要讨论的话题就从F1开始。如今的F1赛场已经发生了翻天覆地的变化，曾经雄霸天下的迈凯伦法拉利时代已经过去，随着2016年三叉星银箭车队再次拿下总冠军，三连冠的实现宣告着梅赛德斯统治时代的来临。而奔驰车队之所以能取得成功，与2014年F1规则大改中引擎动力的改革是分不开的。

图1 F1刹车时ERS系统启动回收能量

2014年的F1规则改革中引入了新的能量回收系统(ERS系统)，其中动能回收系统(ERS-K)是回收来自刹车所浪费的动能，赛车在比赛时会出现重刹车、下坡等状态，而这种状态会产生额外的动能或者热能，对于F1赛车来说，任何一焦耳的能量都是宝贵的，所以如果能想办法把减速和下坡时产生的动能回收你进电池，然后在出弯加速过程中利用电池的能量来提高涡轮转速，获得更快的出弯加速，这对赢得比赛是非常重要的。迈凯伦近年来表现低迷就是由于本田的动力和能量回收系统不稳定，所以即使坐拥阿隆索这样的世界冠军，仍然无法获得好的成绩。

那高大上的能量回收系统是否能用在我们的民用车上呢?回答是肯定的，F1存在的意义就是为民用车做技术预研。下面就给大家介绍一下电动汽车上的能量回馈。

图2 比亚迪E6刹车时仪表盘显示能量回馈过程

现在的电动汽车，大多是使用永磁电机或者交流异步电机作为驱动电机，搭配驱动器即运行在四象限(如图3所示)工作状态。这也是能够进行能量回馈的前提。电动汽车减速并不是仅仅像普通内燃机通过踩了刹车之后而减速。它的制动原理是，制动的时候通过变流器改变了励磁电流的导通相位，让电机产生负转矩(即反向旋转)，线圈绕组中就会产生大的反向电动势，电机实际在发电。电动汽车的续航能力是车厂和用户都非常关注的，在现有的电池技术下，特斯拉采用的松下18650钴酸锂电池的能量密度为233瓦·时/千克，尽管是这样，号称续航里程最高的特斯拉，也只是做到320公里的续航。所以对于电动汽车来说，每一焦耳的能量也是非常重要的。

图3 电机四象限运行图

在GBT 18488.2-2015 电动汽车用驱动电机系统标准7.6章节里对电动汽车驱动电机的馈电特性有明确的规定，其测试方法为：被试驱动电机系统由原动机进行拖动，处于馈电状态，记录馈电过程中驱动电机控制器的直流母线电压、直流母线电流，驱动电机各相交流电压、交流电流以及驱动电机轴端的转速扭矩等参数，同时计算获得功率和馈电效率。

既然国标都说要测这个馈电特性，那么驱动电机的馈电试验是怎么测的呢?广州致远电子作为国内新能源领域的测试专家，基于新能源汽车的驱动系统馈电特性测试的难点，给出了新能源汽车驱动系统的测试方案。

图4 新能源汽车驱动系统测试架构

如图4所示，新能源汽车驱动器是直流母线进，三相交流出的模式，在做馈电特性测试时，负载电机拖动被测电机转动使被测电机工作在反向发电状态，电机产生的三相电能由驱动器进，转换为直流出，这时候系统中的双向直流电源即将该直流电回馈回电网。在整个测试过程中，功率分析仪同步对驱动器两端的电压电流和扭矩转速传感器的数据进行采集，进而计算出馈电效率。

馈电特性实验只是新能源汽车众多测试项目中的冰山一角，致远电子长久以来专注于新能源测试领域，致力于为国内客户提供最全面的测试方案，为促进国内新能源行业进步贡献一份力!