EV转换器功率损耗的高精度量热测量
文章作者:Maurizio Di Paolo Emilio
量热测量能够实现高精度，而不需要任何电气连接到转换器。
气候变化，以及随之而来的减少二氧化碳排放的需要，正在彻底改变整个交通部门，越来越多地转向电动交通或电动交通。电动汽车(EV)使用高效的电源转换器，其价值接近99%。
在设计和评估一种功率变换器时，必须非常准确地测量其功率损耗。功率损耗通常用瓦特计来测量，用输入功率与输出功率的差值来表示。由于效率高，这种差异非常小，因此只有全尺寸误差可以被突出显示。
用瓦特计进行电测量的另一种解决方案是基于量热法，这种方法能够实现高精度，而不需要与转换器进行任何电连接。
我们现在将描述的技术使用一个单一的恒温室，一个珀尔蒂尔电池，和一个室温控制系统。珀尔蒂埃电池在反向模式下工作，导致塞贝克效应，在其电极上产生电流，这是由于冷热面之间的热量差异造成的。
传统的热量计
由于电子电路中的功率损耗主要是由于散热，因此可以通过测量系统产生的热量来确定它们。特别地，使用介质去除经过测试（DUT）的装置产生的热量。在理想的量计中，散热的热量完全被培养基吸收，可以是空气，水或另一种无冷却剂。
传统的量热计有三种类型:
- 开放式量热计：DUT直接放置在测量室中，而冷却剂由普通空气表示。该解决方案的优点是施工的简单性和测量的执行速度。主要缺点是难以测量空气的热电容。
- 闭合式单套管量热计：它包括一个单独的冷却回路，用于与周围环境的热交换。通过使用用于冷却剂的水，它达到比开放式量热计更高的精度。然而，由于水的热电容大于空气的热电容，因此测量时间变长。
- 封闭式双套量热计:它允许主动控制空气温度在两种情况之间的差距，从而导致提高精度。
无论哪种类型，误差的主要来源是热量的损失(P墙）通过量热仪的墙壁。用于开放式和闭合式单套壳热量计，P墙表示为：
P.墙= (T测试- Tamb）/ R.Th，墙壁
在这里，T.测试是测试室中的温度，tamb是环境温度，还有rTh，墙壁是热量计壁的热阻。
用独特的设计哇工程世界：提交设计想法指南
用于封闭式双套管量热计，P墙可以估算为:
P.墙= (T测试- T差距）/ R.Th，墙壁
而t.差距是箱与箱之间的空气温度。
拟议的解决方案
提出的解决方案使用一个单一的腔室，在腔室的表面(内外)有两个散热器，温度传感器，最后风扇电机冷却散热器(图1）。
图1量热计方案使用Peltier Cell。
单室解的缺点可以用P引入的误差来表示墙或穿过墙壁的热泄漏。为了提高测量的准确性，腔室中的温度保持等于tamb由于珀耳帖细胞进行的动作。
得到的总热量如下式所示:
你C= S.P.T.C一世P.- （T.H- TC) / RP.- 0.5 RP.一世P.2
在这里，P.是塞贝克系数，tC冷侧温度，tH热侧温度，rP.我和珀尔蒂埃电池的热阻是多少P.是珀尔捷电池的输入电流。
当腔室内外的温度相同时，珀耳帖电池的冷却能力等于作为热量散流的功率损失。DUT的功率损失（P失利）可以计算如下：
P.失利= S.P.T.C一世P.- （T.H- TC) / RP.- 0.5 RP.一世P.2——问FC.
虽然Q.FC.是冷侧风扇电机的功耗。
图2.显示所提出的量热计控制系统。P.1是热量计的植物，p2buck变换器是用来控制电流的吗1PI控制器是否用于温度跟踪和C2是用于当前跟踪的PI控制器。
图2.这是热量计反馈控制系统。
C1和C2注意事项如下:
在这里,KP一世和KPT.是比例的收益和ki一世和吻T.是一体化的收益。
实验结果
首先，在Matlab和Simulink环境下对热等效电路模型进行了仿真。通过模拟，可以得到T的变化趋势在作为时间的函数，观察在持续约600秒的瞬间后，室内温度如何随时间变化的趋势amb。
通过以相同的方式操作，可以导出珀耳帖电池的热和冷侧的温度趋势，珀耳帖细胞的输入电流，最后是估计的功率损耗。估计的功率损耗与正在测试的转换器的功耗一致。通过模拟产生的实验结果对准，确认提出的量热法的有效性。
Maurizio di Paolo Emilio是编辑电力电子新闻和EEWeb欧洲通讯记者ee。他拥有物理学博士学位，是一名电信工程师。
参考
- K. Mitsugi, Y. Noge和M. Deng， "具有环境温度跟踪控制的单室和Peltier装置的简单量热功耗测量系统，“IEEE 2020。
相关文章：