汽车逆变器高效节能综合测试方案

电机和直流模拟器

车辆电气测试的高级动力模拟器

高性能，经济性，操作方便，易标准化

+ 电机模拟器 – 极大降低了对基础设施的要求

+ 直流模拟器 – 高达20KHz带宽的激励或模拟

+ *模块化，高精度可扩展平台，

   全面满足您的测试需求

通过使用*的功率仿真，可实现高保真直流电源系统和电机控制器测试。D＆V将*技术与创新设计相结合，生产出优质的EV/HEV电机控制器和直流电源系统测试解决方案。两种产品，单独或组合工作，为车辆电气化开发和生产测试奠定了基础。从单个组件到组件兼容性的整车系统集成测试，产品可以与您的专有测试自动化和数据采集系统连接，或D＆V可以提供交钥匙解决方案。

D＆V有源负载模拟器（电机模拟器）模拟四个象限中的全功率永磁体或感应电动机/发电机的所有特性，在用户控制的速度，扭矩和温度条件下模拟电动传动系。该电子模拟测试台具有适合实验室安装的设施要求，在测试能力和灵活性方面具有显着优势，且采购和运营成本低。

我们的直流模拟器提供高达20KHz的带宽，激励或模拟直流电源系统或组件。它能够以全功率扫描到包含仿真组件纹波的频率，并提供系统谐振和特征的完整特性。该直流电源功率范围从30KW到2.6MW均可实现，模拟动态，复杂的双向负载，具有的频率响应，高速稳定的数据传输，具有<1uS延迟，双向全功率转换速率<100uS以及可重复的噪声/纹波生成。非常适合测试车辆能源系统和组件（包括电池），以及对于HIL，具有实时仿真功能，可模拟大型开关和再生负载，以研究其对整个电力系统的影响。

电机和电控是新能源汽车动力系统的核心，随着技术的发展，利用硬件在环测试（Hanrdware in the Loop, HiL）技术可以方便地完成电机控制策略的开发和验证，但是这种信号级HiL只针对电机控制器的控制板，不能对驱动板和功率电路进行测试。针对电机控制器功率部分，传统的测试方法为搭建电机测试台架，但这种方法对客户来说存在灵活性差、成本昂贵、有机械风险、无法进行极限工况和故障测试等问题。富瑞博提供的该方案可用于驱动逆变器的部件级测试和整车电驱动系统级测试，相较于传统电机测功台架，可以使客户更加方便、灵活、安全、高效地实现对电机控制器的功能性能测试、极限工况和故障测试、耐久和环境测试等。

整车系统集成和组件兼容性测试应用

+ 系统级的电气干扰发生器，能够以全功率扫描到包含仿真组件纹波的频率

+ 可通过保存的配置文件或计算机模拟更换任何电气元件和准确模拟其负载

在直流电源系统中产生可控噪声和纹波

由于负载电流器件，总线阻抗或由于电源本身，直流电源系统在总线电压上具有噪声和纹波。如果能够测试这种噪声和纹波将会对系统操作带来很大益处，为此，需要一种产生可重复噪声和纹波的可控方法。D＆V直流模拟器就是为此而设计的。它可配置为双向负载，可将直流电源系统加载至500V，直流至20kHz电流分量，每个模块高达+/- 500A（串联至1000V，并联至+/- 6500A）。输出电流波形可以通过光纤从存储的表格输入，通过实时仿真生成，或者从模拟波形发生器馈送，所有这些都具有2μS或更低的分辨率。或者，为了测试放置在直流电源系统上的一个装置而不是整个直流电源系统，可以将直流模拟器配置为直流电压电源，具有与上述相同的功能，可用于提供负载电流或充电系统电容。 可以产生高达10V/uS的电压转换速率

D＆V 模拟器可提供整车电气化测试，可独立工作或集成其他部件组合工作， 为电气化部件开发和生产测试提供基础。

基于Scienlab的Power-HiL测试系统, 使用Scienlab的电机模拟器（Machine Emulator）和电池模拟器（Dynamic DC Emulator）模拟实际的工作环境，对逆变器的软件和硬件进行测试

逆变器独立综合测试

逆变器是许多应用中的元件，因为它们可以双向转换电压。一个例子是将电池的直流电压（DC）转换成电机所需交流电压（AC）。逆变器还可以将产生的交流电压(AC)转换为直流电压(DC)以供各种不同种类的电器终端使用。这种功能使得逆变器在电迁移以及许多工业应用中成为一个重要的组成部分

在汽车行业中，对质量、耐久性和安全性的要求极其苛刻。为了确保这些部件的安全，从开发到生产过程中，所有部件都要接受严格的测试要求。研发阶段开展的测试越早，研发的下一步发展就更有效提高。综合测试场景和独立组件测试促进减少开发开销，并且更快地实现创新。

基于V-model的综合测试

V模型通常用于在市场上推出新技术。首先定义了需求，并给出了系统设计。一旦内容已经起草，执行开始。在此阶段对新技术的次测试就开始展开：就是基于软件模型模拟组件行为。

在执行单独的组件的模拟演练之后，各组件可以单独测试。

低电压HIL（The low voltage HiL）的发明就是用于此目的，并允许对信号电平幅度进行测试。但是电力的大小不能被监控。

下一步，就是将各个组件组合在一起形成一个系统，并在加载机的帮助下在机械测试台上对它们的功能进行测试。

但这个阶段发生的故障很难重现并追溯到各个单独组件去。此外，试验台的灵活性不高。和标准相关的故障案例不能在机械测试台上轻易测试得出。

对从部件到系统验收的测试过程进行分析清楚地表明，在信号级别上测试组件之后，紧接着是直接在负载下测试整个系统，目前使用常规测试系统不能对具有实际电力的单个组件进行独立测试。但Scienlab研发的Power-HiL系统能很好解决这一问题。

优点：

●标准符合组件测试的完整范围

●归功于可重复的测试案例，根据V-model更快的组件开发可以高效地执行测试。

●通过对每个组件进行独立测试，可以对整个系统进行有效的验证。

组件更换

组件是在模型的基础上开发的。Powe-HIL系统使用这些模型作为测试基础。在这种情况下对于逆变器的其他部分，整个机器都是在测试台上被模拟出的模型。电池不是一个真正的电池，它是模拟器在测试台上复制出来的模型。电源的供应也是一样的，电源可以从一个区域变化到另一个区域。

换句话说，实际的组件是理想化的，它们的参数都被模拟器模拟替换。这将在这个测试阶段在这样的功率下全面检查逆变器的性能。

这种通过基于模拟器模拟的测试系统，可以避免在机械测试台的组件之间出现的复杂交互。同时，与风险相关并且因此太危险而不能在机械测试台上模拟的故障（例如短路）可以使用Power-HiL系统非常安全地进行检查。

测试的过程可以由用户单独控制。这样，组件之间的交互作用可以以受控的方式或隐藏的方式来表示。事实是，用于这些测试的其他组件不必以真实形式出现，这在各种组件的并行开发中节省了大量的时间。

此外， 使用Power-HiL系统的优点在于，在仿真器的帮助下，对诸如电机之类的部件的计划变更可以集成到逆变器测试中，从而允许在开发的非常早期阶段对真实逆变器进行可能的检查测试。

测试实验室的结构图

我们的测试方法能仿真逆变器在以后的应用中遇到的不同环境参数。对用户的好处：测试平台上的环境是理想化的，可以根据需要修改参数。

控制试验台

HIL系统是逆变器测试实验室的核心。它控制着整个试验台：模拟器、安全装置、气候室、调节单元和样品本身。Scienlab支持所有标准的HiL系统，从而提供了与现有系统的兼容性。

通过图形用户界面，用户可以随时访问HiL系统及其所有参数、测量数据并加以控制。此外，自动化操作允许全自动测试，例如标准化的驱动循环测试。模拟器根据所使用的相应模型模拟电源和电机的电气行为。

模块化设计

整个测试台具有模块化设计功能。这使它能99%根据客户要求制作灵活的测试场景，从而允许长期使用测试平台测试，因为可以测试不同的被测设备，而不需要付出进一步的转换措施或额外的成本。现场组装设计也可以适应实验室内空间的要求。

不同组件的模拟

模拟器可以提供高动态的AC和DC参数作为电力来源。这对于模拟诸如谐波和电压下降之类的高频效应是必要的。

直流模拟器DC emulator的发明——大大简化为电压源或高度动态的真实电池的模拟。换句话说，DC模拟器可以复制电源而不是电池，使得可以在电源下模拟出不同的电源类型和拓扑类型。

实验室和样品的安全性

测试台在本质上是*安全的，因此即使软件开发、操作或参数设置中的错误也会对用户或实验室产生风险。同时，尽可能地保护样品逆变器，免受操作误差造成的破坏。精确地适应客户的愿望，并在测试台防护装置的帮助下持续监测样品测试。

能源效率

试验台运行对供电电源的影响极小。从电源中提取的大部分能量，例如在动态DC模拟器中，电机模拟器中的电源供应能返回主电源，这样能显著降低能源成本。

逆变器测试实验室的应用实例

功能开发中的控制算法

模拟器的理想化的基于模型的行为允许变量分离：一个参数是变化的，而其他参数是恒定的。这样，Power-HIL系统使功能开发更容易。例如，软件工程师可以系统地开发和优化。

●相电流控制器

●转矩和速度控制器

●补偿机械谐波的控制器

●场抑制器控制器.

这个功能还有一个优点，就是硬件可以更快更全面地验证。此外，使用测量技术，可以在设计阶段就识别优化模拟模块的参数

逆变器的特性

逆变器在试验台上以与实际情况*相同的方式在负载情况下进行试验。影响其的交流和直流因素可以精确、灵活和独立地变化——包括汽车组件的车辆电力供应——允许用户进行精确的测试以优化逆变器。可能的应用实例：

●在Power-HiL系统中，为了系统地测试有效性，机器速度和扭矩图的工作点可以逐步接近。在此期间，高压电池的直流电压和内阻通常在源侧发生变化

●在负载侧，机器参数可以在允许的散布范围内变化，这些参数可以应用于分析改进电机或分析不同的驱动周期。

在不同车型中的应用

通常，被测试的设备将被用于不同的型号或设计系列中。在这种情况下，传统的测试非常复杂：必须转换机械测试平台——既耗时又耗钱。此外，所有的组件都必须是完整的和可供测试的。

Power-HiL系统大大缩短了这一测试阶段，并提供了综合结果：通过简单地按下按钮，并且不需要任何进一步的转换，就可以模拟不同车辆的不同电池或机器模块。在工业应用中，马达上的机械负载可以参数化为具有可变负载转矩的泵，或者作为动态执行器负载。所有都是通过图形用户界面提供应用程序参数操作。

错误情况下的标准确认流程

在汽车组件网中，逆变器还必须对其他元件中的故障作出充分和安全的反应。检查这种反应行为是许多标准化过程的一部分。在常规的测试实验室中，这种测试是很困难的。

利用Power-HiL系统，可以安全、真实地模拟许多机器故障。可以在模拟器上实现和测试，监视对这些系统状态作出适当反应的逆变器功能。

例如根据机器错误实例LV123标准，逆变器中必须检测并补救的故障包括绕组故障、磁体滑移或电源、传感器电缆的空转和短路。

归功于Power-HiL系统，可以随时验证，即使出现这些故障，也不会对用户产生危害。

恒载下的可靠性测试

模拟器被设计用于承受比被测试的真实部件高得多的恒负载。通过这种方式，可以进行加速老化的研究，例如在实际负载模式下的温度循环测试。模拟器工作24/7，甚至在持续数月的耐力测试期间也没有出现任何故障，并且具有可再现的结果。