无需与转换器进行电气连接的热量计控制系统

通过使用高效功率转换器来减少二氧化碳排放的电动汽车的使用的全球趋势通过量热法来量化电测量得到了推动。考虑到获得准确，近乎完美的电动汽车功率损耗测量的迫切需求，使用量热装置提供了一种无需与转换器进行任何电气连接即可实现高精度的选择。

使用瓦特表时，热损失是所获得的热量与转换器所损失的热量之间的差值。

但是，量热技术采用的是一个恒温箱，该恒温箱由珀耳帖（Peltier）电池与房间控制系统一起提供动力。

当珀耳帖电池反转时，它会在电极内部产生电流，这是对冷，热两面之间的热差异的反应。这被称为塞贝克效应。量热法使用空气，水或任何其他类型的冷却剂来完全消除被测设备（DUT）产生的热量。

常规量热仪有三种类型。他们是：

开放式量热仪：DUT直接放置在测量室中，而冷却剂则由自然空气指示。该解决方案的优点是结构简单和测量速度快。主要缺点是难以测量空气的热容量。

封闭式单箱量热仪：它包括一个单独的冷却回路，用于与周围环境进行热交换。通过使用水作为冷却剂，它比开放式量热仪具有更高的精度。但是，由于水的热容量比空气的热容量大，因此测量时间变长。

封闭式双箱量热仪：它可以主动控制两种情况之间的间隙中的空气温度，从而提高准确性。

无论哪种类型，误差的主要来源都是通过量热计壁造成的热量损失（P壁）。对于开放式和封闭式单箱量热仪，（P壁）表示为：

在此，T test 是测试室中的温度，T amb 是环境温度，R th，wall 是量热计壁的热阻。

对于封闭式双箱量热仪，P壁 可以估算为：

而T间隙 是案例之间的间隙中的空气温度。

拟议的解决方案

所提出的解决方案使用一个单腔，珀尔帖单元的表面（内部和外部）有两个散热器，温度传感器，最后是风扇电动机以冷却散热器（图1）。

图1：量热计方案使用Peltier电池。

单房间解决方案的缺点是P墙或跨墙的热泄漏会导致错误。腔室中的温度保持等于T amb，以提高测量精度。珀耳帖细胞的活动鼓励了这一点。 

下式显示了产生的热量总量：

在此，S p是塞贝克系数，T c是冷侧温度，而T h是热侧温度，R p是珀耳帖电池的热阻，并且I p是流向珀耳帖电池的输入电流。

当腔室内外的温度相同时，珀耳帖电芯的冷却能力等于以热耗散的功率损耗。使用以下方法计算DUT的功率损耗（P loss）：

而Q Fc是冷侧风扇电动机的功耗。

图2 显示了拟议的热量计控制系统。P 1  是量热仪的工厂，P 2  是用于电流控制的降压转换器，P 1  是用于温度跟踪的P 1控制器，C 2是用于现代跟踪的P 1控制器。

图2：这是量热计反馈控制系统。

C 1 和C 2 如下所示：

在此，KP i和KP t是比例增益，而Kl i和KI T是积分增益。

实验结果

最初，在Matlab和Simulink环境中对等效电路模型进行了仿真技术改进。通过该模拟，可以观察到T in随时间变化的趋势，观察到在持续约600秒的瞬态之后，腔室内的温度如何遵循T amb的模式。

通过以相同的方式进行操作，可以得出帕尔贴电池热端和冷端的温度趋势，帕尔贴电池的输入电流以及最终的估计功率损耗。预计的功耗与被测转换器的功耗一致。实验获得的结果与模拟产生的数据一致，证实了所提出的量热法的有效性。

毫无疑问，电动汽车（EV）已证明它们比汽油驱动的同类产品更高效。EV电动驱动系统仅占15％至20％的能量损失，而汽油发动机则仅占64％至75％的能量损失。电动汽车还使用再生制动来重新获得和再利用制动中会损失的能量，并且不会浪费任何能量。

气候变化和减少二氧化碳排放的需求正在彻底改变整个交通运输部门，使其越来越趋向于电动汽车或电动汽车。电动汽车（EV）使用高效功率转换器，其值接近99％。

编辑：hfy