eDrive Testi Nedir ve Nasıl Çalışır?

Elektrikli bir aracın menzilini belirleyen şey tek bir bileşenin verimi değil, zincirin tamamının birlikte nasıl çalıştığıdır. eDrive testi tam olarak bu zinciri, bataryadan tekerleğe kadar ölçmeyi hedefler.

Bir elektrikli motor tahrik sistemi üç temel bileşenden oluşur: güç kaynağı (batarya / DC bara), güç dönüştürücü (DC'yi AC'ye çeviren inverter) ve elektrik enerjisini mekanik güce dönüştüren motor. Mühendisler, bir sürüş çevrimi boyunca verimliliği en üst düzeye çıkarmayı hedefler.

Zincirin bileşenleri ve ölçüm noktaları

eDrive testinde her bileşenin giriş ve çıkışı ayrı birer ölçüm noktasıdır. Verim, ancak komşu noktalar arasındaki oran hesaplanarak bileşen bazında ayrıştırılabilir.

Bu noktaların hepsi aynı anda ölçülmediğinde, kayıpların nerede oluştuğu ancak varsayımla belirlenebilir. Tek bir bileşenin verimini iyileştirdiğinizi düşünüp toplam verimin değişmediğini görmek, çoğu zaman bu eksik ölçüm kurgusundan kaynaklanır.

İnverter çıkışını ölçmek neden zordur

İnverter, DC gerilimi hızlı anahtarlamalarla keserek motora AC benzeri bir sürüş sağlar. Ortaya çıkan gerilim dalga şekli sinüs değildir; dik kenarlı darbelerden oluşur ve bu darbelerin kenar dikliği ölçüm ekipmanına ciddi talepler getirir.

• Bant genişliği: Ölçüm zincirinin, darbe kenarlarını bozmadan geçirebilecek bant genişliğine sahip olması gerekir.
• Yalıtım ve ortak mod: Faz gerilimleri yüksek ortak mod seviyelerinde seyrettiği için, girişlerin yeterli yalıtıma ve ortak mod bastırmaya sahip olması şarttır.
• Örnekleme hızı: Güç hesabı için gerilim ve akımın anlık çarpımı gerekir; bu çarpımın anlamlı olması, iki kanalın da yeterli hızda ve senkron örneklenmesine bağlıdır.
• Akım ölçümü: Yüksek genlikli ve hızlı değişen akımlar için uygun bant genişliğinde akım dönüştürücüleri kullanılır.

Bu gereksinimler için elektrik güç analizörleri, yüksek hızlı kayıt senaryolarında GEN serisi çözümler, gerilim ve akım tarafında ise akım ve voltaj transdüserleri ile yüksek voltaj probları kullanılır.

Mekanik çıkışın ölçülmesi

Zincirin mekanik ucunda tork ve devir ölçülür. Elektro-mekanik güç dönüşümünün gerçekten ne kadar verimli olduğu ancak bu iki büyüklükle belirlenebilir. Şaft hattına seri bağlanan bir tork transdüseri, iletilen torku doğrudan ölçer ve elektriksel taraftan bağımsız bir referans sağlar.

eDrive uygulamalarında tork ölçümünün iki ek zorluğu vardır. Birincisi, elektrikli tahrik sistemlerinin geniş bir devir aralığında çalışmasıdır; transdüserin hem düşük devirdeki yüksek torku hem de yüksek devirdeki düşük torku kapsaması gerekir. İkincisi, inverterin oluşturduğu elektromanyetik ortamda tork sinyalinin bozulmadan taşınmasıdır; ekranlama ve topraklama düzeni bu yüzden kurulumun ayrılmaz parçasıdır. T40FM gibi flanş tipi transdüserler ve tork sensörleri kategorisi bu ihtiyaca yöneliktir; ayrıntılar için elektrikli makinelerde tork ölçümü yazımıza bakabilirsiniz.

Amper başına tork ve sistem seviyesinde verim

eDrive geliştirmede sık kullanılan bir ölçüt, amper başına elde edilen torktur. Bu ölçüt, motorun manyetik tasarımının ve kontrol stratejisinin birlikte ne kadar etkili çalıştığını gösterir; batarya akımı doğrudan menzil anlamına geldiği için pratik bir karşılığı vardır.

Ancak tek bir bileşeni en iyilemek, sistemi en iyilemek demek değildir. İnverter, kontrol ve motor ayrı geliştirildiğinden vurgu sistem düzeyinde optimizasyona kayar; biraz daha az verimli bir motor, genel tahrik verimini ve güç faktörünü iyileştiriyorsa tercih edilebilir.

Bu bakış açısının ölçüm tarafındaki karşılığı nettir: bileşen verimlerini ayrı ayrı ölçmek yetmez, aynı çalışma noktasında ve aynı anda ölçülmeleri gerekir. Aksi hâlde bileşen iyileştirmelerinin toplamı, sistemde karşılığını bulmayabilir.

Sürüş çevrimi boyunca ölçüm

Kararlı çalışma noktalarında çıkarılan verim haritası gerekli ama yeterli değildir. Gerçek kullanımda tahrik sistemi sürekli geçiş hâlindedir: hızlanma, sabit hız, yavaşlama ve rejeneratif frenleme birbirini izler. Bir sürüş çevrimi boyunca verim, bu geçişlerin toplamıyla belirlenir.

Çevrim boyunca ölçümün iki pratik sonucu vardır. Birincisi veri hacmidir: yüksek örnekleme hızıyla uzun süre kayıt almak, ciddi boyutta veri üretir ve bu verinin sonradan işlenebilir biçimde saklanması planlanmalıdır. İkincisi değerlendirme yöntemidir; anlık verim yerine, çevrim boyunca alınan ve verilen enerjinin integrali üzerinden hesap yapmak daha anlamlı sonuç verir. Rejeneratif bölümlerde enerjinin yön değiştirdiği unutulmamalıdır.

Bu tür kayıtların alınması ve analizi için Perception yazılımı ile QuantumX modülleri birlikte kullanılır.

NVH ve dayanıklılık: verimin ötesindeki gereksinimler

eDrive geliştirmede verim tek başına yeterli bir ölçüt değildir. İçten yanmalı motorun maskelediği sesler ortadan kalktığı için, elektrikli tahrik sistemlerinde yüksek frekanslı uğultu ve dişli sesleri kullanıcı tarafından çok daha belirgin biçimde algılanır. Bu nedenle titreşim ve ses kanalları, tork ve elektriksel kanallarla birlikte kaydedilir.

Bu birleşik kayıtların değeri, bir olayın kaynağını izleyebilmektir. Belirli bir devirde ortaya çıkan bir gürültü bileşeninin, inverterin anahtarlama frekansıyla mı, motorun kutup-oluk geometrisiyle mi yoksa dişli kavramasıyla mı ilişkili olduğu ancak eşzamanlı veriyle ayırt edilebilir.

Dayanıklılık tarafında ise tork zaman serisi, yorulma değerlendirmesinin doğrudan girdisidir. Ölçülen yükleme geçmişinden çevrim sayımı yapılarak bileşenlerin gerçek yük spektrumu çıkarılır; bu veri, tasarım varsayımlarının doğrulanmasında kullanılır. Yorulma analizi tarafında nCode yazılım ailesi bu tür veriyle çalışmak üzere geliştirilmiştir.

Ölçüm zincirini kurmak

1. Ölçüm noktalarını belirleyin: DC bara, inverter çıkışı, şaft ve gerekiyorsa şanzıman çıkışı. Hangi verimi ayrıştırmak istediğiniz nokta listesini belirler.
2. Kanal listesini çıkarın: DC gerilim ve akım, üç faz gerilim ve akım, tork, devir; ek olarak sargı ve inverter sıcaklıkları.
3. Senkronizasyonu tasarlayın: Tüm kanallar ortak zaman tabanında örneklenmeli, ortak bir tetikleme ile başlatılmalıdır.
4. Yalıtım ve güvenliği planlayın: Yüksek gerilim altında çalışılır; probların, bağlantıların ve personel güvenliğinin baştan tanımlanması gerekir.
5. Zinciri doğrulayın: Bilinen bir yükle, kayıt başlamadan önce tüm kanalların ölçeği ve işareti kontrol edilir.
6. Veri yönetimini kurun: Kayıt adlandırması, meta veriler ve saklama politikası, test başlamadan tanımlanır.

Dördüncü ve beşinci maddeler en sık atlananlardır. Yüksek gerilimli bir tezgâhta yapılan hatalı bir bağlantı yalnızca ölçümü değil ekipmanı ve personeli de riske atar; işaret hatası ise rejeneratif bölümlerde enerji bilançosunu ters çevirir.

Ne yapmalı

eDrive testine başlarken, önce hangi soruya cevap aradığınızı yazın. "Motorun verimi nedir" ile "tahrik sisteminin sürüş çevrimindeki enerji tüketimi nedir" farklı sorulardır ve farklı kurulum gerektirir. Birincisi kararlı noktalar ve düşük belirsizlik ister; ikincisi senkron, yüksek hızlı ve uzun süreli kayıt ister.

Mevcut bir tezgâhınız varsa, ilk iyileştirme genellikle yeni bir cihaz almak değil, mekanik ve elektriksel kanalları tek bir zaman tabanına taşımaktır. Bu adım tamamlanmadan yapılan geçici rejim değerlendirmeleri güvenilir olmaz.

Güç ve enerji uygulamalarına yönelik sistem yaklaşımı için güç ve enerji çözümleri sayfasına bakabilir, kendi eDrive test kurgunuz için bizimle iletişime geçebilirsiniz.

Kaynak: HBK