通過使用高效電源轉(zhuǎn)換器來減少二氧化碳排放的電動汽車的全球趨勢，隨著使用量熱法對電氣測量進(jìn)行量化而得到推動。鑒于對電動汽車中的功率損耗進(jìn)行準(zhǔn)確、近乎完美的測量至關(guān)重要，因此使用量熱裝置提供了一種無需與轉(zhuǎn)換器進(jìn)行任何電氣連接即可實現(xiàn)高精度的選項。

使用瓦特計時，熱損失是轉(zhuǎn)換器獲得的熱量和損失的熱量各自值之間的差值。

然而，量熱技術(shù)采用單個恒溫室，由珀耳帖電池和房間控制系統(tǒng)提供動力。

當(dāng)珀爾帖電池設(shè)置為反向時，它會在其電極內(nèi)產(chǎn)生電流，作為對冷側(cè)和暖側(cè)之間的熱量差異的反應(yīng)。這被稱為塞貝克效應(yīng)。量熱法使用介質(zhì)空氣、水或任何其他類型的冷卻劑來完全去除被測設(shè)備 (DUT) 產(chǎn)生的熱量。

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共有三種類型的常規(guī)熱量計。他們是：

開放式量熱儀：DUT直接放置在測量室中，而冷卻劑由自然空氣指示。這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，測量執(zhí)行速度快。主要缺點(diǎn)是難以測量空氣的熱容。

封閉式單殼熱量計：它包括一個單獨(dú)的冷卻回路，用于與周圍環(huán)境進(jìn)行熱交換。通過使用水作為冷卻劑，它實現(xiàn)了比開放式熱量計更好的精度。然而，由于水的熱容比空氣大，因此測量時間變長。

封閉式雙殼熱量計：它允許主動控制兩個殼之間的間隙中的空氣溫度，從而提高準(zhǔn)確性。

無論哪種類型，誤差的主要來源是通過熱量計壁的熱量損失 (P wall )。對于敞開式和封閉式單殼熱量計，(P wall )表示為：

P wall = (T test – T amb ) / R th,wall

這里，T test是測試室中的溫度，T amb是環(huán)境溫度，R th,wall是熱量計壁的熱阻。

對于封閉式雙殼熱量計，P wall可估算為：

P wall = (T test – T gap ) / R th,wall

而 T gap是案例之間的間隙中的空氣溫度。

建議的解決方案

提議的解決方案使用單個腔室，一個珀爾帖電池，其表面（內(nèi)部和外部）有兩個散熱器、溫度傳感器，最后是風(fēng)扇電機(jī)來冷卻散熱器（圖 1）。

圖 1：熱量計方案使用 Peltier 池。

單間解決方案的缺點(diǎn)是 P墻或跨墻熱泄漏引入的誤差。室中的溫度保持等于T amb，以提高測量的準(zhǔn)確性。珀爾帖細(xì)胞活動鼓勵了這一點(diǎn)。

產(chǎn)生的總熱量如下式所示：

u c = S p T c I p – (T h – T c )/R p – 0.5 R p I p 2

其中，S p是塞貝克系數(shù)，T c是冷端溫度，而 T h是熱端溫度，R p是珀爾帖電池的熱阻，I p是珀爾帖電池的輸入電流。

當(dāng)腔室內(nèi)外溫度相同時，珀耳帖電池的冷卻能力等于作為熱量散失的功率損耗。DUT 的功率損耗 (P loss ) 使用以下公式計算：

P損失= S p T c I p – (T h – T c )/R p – 0.5 R p I p 2 – Q Fc

而 Q Fc是冷側(cè)風(fēng)扇電機(jī)的功耗。

圖 2顯示了建議的熱量計控制系統(tǒng)。P 1 是熱量計的設(shè)備，P 2 是用于電流控制的降壓轉(zhuǎn)換器，P 1 是用于溫度跟蹤的P 1控制器，而C 2是用于當(dāng)代跟蹤的P 1控制器。

圖 2：這是熱量計反饋控制系統(tǒng)。

C 1和C 2標(biāo)注如下：

這里，KP i和KP t是比例增益，Kl i和KI T是積分增益。

實驗結(jié)果

最初，熱等效電路模型的仿真在 Matlab 和 Simulink 環(huán)境中技術(shù)先進(jìn)。通過該模擬，可以推導(dǎo)出 T in作為時間的函數(shù)的趨勢，觀察在持續(xù)約 600 秒的瞬態(tài)之后，腔室中的溫度如何遵循 T amb的模式。

通過以相同的方式運(yùn)行，可以推導(dǎo)出珀爾帖電池?zé)醾?cè)和冷側(cè)的溫度趨勢、珀爾帖電池的輸入電流，以及最終的估計功率損耗。預(yù)計的功率損耗與被測轉(zhuǎn)換器的功率耗散一致。實驗獲得的結(jié)果與模擬產(chǎn)生的數(shù)據(jù)一致，證實了所提出的量熱方法的有效性。

毫無疑問，電動汽車 (EV) 已證明它們比汽油動力汽車更高效。EV 電力驅(qū)動系統(tǒng)僅負(fù)責(zé) 15% 至 20% 的能量損失，而汽油發(fā)動機(jī)則為 64% 至 75%，這說明了這一點(diǎn)。電動汽車還使用再生制動來回收和再利用制動過程中會損失的能量，并且不會浪費(fèi)能量空轉(zhuǎn)。

氣候變化和減少二氧化碳排放的需要正在徹底改變整個運(yùn)輸部門，越來越傾向于電動汽車或電動汽車。電動汽車 (EV) 使用高效電源轉(zhuǎn)換器，其值接近 99%。

審核編輯 黃昊宇