他们努力提高汽车的效率,最终在一场比赛中取得了胜利。这场比赛不仅让参赛者们彼此竞争,还让他们与北非国家恶劣的沙漠和山区环境展开了较量。.
比赛中所有赛车的基本设计都类似:空气动力学翼形车身覆盖着光伏板阵列,可以将阳光转化为电能,然后直接输送到驱动车轮的电机。.
要想赢得像摩洛哥太阳能挑战赛这样的比赛,赛车必须尽可能多地产生太阳能,并尽可能高效地将电能转化为驱动车轮的机械能。
同时,它还必须最大限度地减少能量损失:赛车队非常注重空气动力学设计,以尽可能降低风阻。
以太阳能车队Twente的赛车RED E为例,其总风阻仅相当于普通汽车的后视镜视角。车手必须尽可能快地行驶,但又不能太快,以免在没有阳光照射的情况下电池耗尽电量。.
这辆太阳能赛车有四个主要的电气系统:太阳能电池板阵列;电池及其管理系统;逆变器(电机驱动器),它将太阳能电池板输出的直流电转换为提供给电机的三相交流电;以及电机本身。团队的目标是使电力转换电路的效率超过99%。.
为了备战比赛,车队的工程师们需要改进电机、电池和发电系统,才能在竞争激烈的非洲赛道上超越对手。即使是微小的改进也能带来显著的优势。 “如果所有部件的性能都比竞争对手提升0.01%,那么在比赛开始前就已经占据了优势,”车队成员卡米尔·莱门斯说道,“因此,精准的测量是我们成功的关键因素。”
因此,团队的电气工程师们不断致力于进一步优化赛车电气系统的性能。他们的成果包括提高光伏电池的发电量和增加电池的存储容量。团队甚至自主设计了一种更强大、更高效的逆变器,取代了其他参赛队伍使用的标准商用逆变器。.
该团队之前曾使用过横河WT5000精密功率分析仪。这次,他们需要完成四项关键任务。
首先,他们必须分析光伏太阳能电池的效率,以便团队能够针对已知的光子输入选择出电压和电流输出最佳的电池。
另一项任务是测量电池的能量容量,并选择那些储存最多电能的电池。.
他们还必须验证“电量表”的准确性,该传感器是汽车上用于测量电池电量的车载传感器。这套系统测量流入电池的电流(来自太阳能电池板)和流出电池的电流(流向发动机)。通过输出减去输入,即可计算出电池的剩余电量。这需要对电流进行持续且高精度的测量。.
第四项任务是测量电机系统(包括逆变器和电机本身)在不同输入功率下的输出功率,以便团队能够改进设计并逐步提高其效率。这需要以高采样频率进行极其精确的功率分析。.
团队成员罗布·克拉温克尔表示:“在WT5000的测试中,我们还发现燃油表电路的电流传感器存在漂移,导致车辆的电量状态测量存在固有的不准确性。通过补偿这种漂移,我们能够在给定速度下安全地为驾驶员提供额外的1到2公里续航里程。”
WT5000 是一款模块化且可扩展的功率分析仪,是横河电机最精确的功率分析仪,其测量精度高达 ±0.03%。
其电压测量带宽为 10 MHz,电流测量带宽为 5 MHz,最大采样率高达 1000 万个样本/单元,超过了验证 RED E 燃油计量系统所需的刷新率。WT5000 具有卓越的隔离性、抗噪性和先进的滤波功能,用户可以同时测量多达七个输入信号,并在其高分辨率 10.1 英寸触摸屏上查看测量结果。
“WT5000 是一款非常易用的仪器;它的控制直观易懂,”罗布说。
“它也很容易调整显示内容,以便准确显示您感兴趣的测量结果,例如,它清晰地显示了我们新的逆变器设计在性能上显著优于同类商用型号。”
该团队自主研发的动力系统和组件——这项壮举很大程度上依赖于 WT5000 的准确性和精确性——被证明是取得胜利的决定性因素,该团队希望在即将到来的 2023 年世界太阳能挑战赛中继续取得成功。.
