자동차 딜러 쇼룸에서 새 전기 자동차 앞유리에 붙은 스티커는 잠재 고객에게 “에너지 소비” (갤런 E 등가당 마일)와 “범위” (배터리를 재충전해야 할 때까지 운전자가 이동할 것으로 예상되는 거리)의 두 가지 필수 정보를 알려줍니다. 운전자에게 소비는 비용이 낮다는 것을 의미하며, 주행 거리가 길면 편의성이 향상됩니다.
R&D 엔지니어들은 서로 다른 관점에서 동일한 문제를 보고 있습니다. 개별 구성 요소, 하위 시스템 수준 및 전체 차량 수준에서 에너지 손실을 최소화하여 최고의 효율성을 달성하는 것을 목표로 합니다.
엔지니어는 구동계를 검사할 때 단순한 모터 효율 이상의 것을 고려합니다. 에너지 손실은 어디에서 발생하나요? AC 네트워크에서 배터리로 전송 중인가요? 에너지 저장소에서? DC 배터리에서 다시 AC로 변환하고 있나요? 인버터에서? 아니면 모터? 엔지니어는 전기 에너지를 기계적 동력으로 변환하는 배터리 인버터와 모터의 전체 조합을 최적화하려고합니다. 마지막으로, 이 세 장치 간의 통신을 조절하는 모터 컨트롤러가 올바르게 작동하는지 확인해야합니다.
전기 모터 효율을 “전력 입력”과 “기계적 출력”의 몫으로 계산하는 것은 쉽게 들립니다. 실제로 이러한 시스템은 매우 역동적이기 때문에 그렇지 않습니다. 실제로 변화하는 속도와 토크에서 전력을 정확하게 측정하고 인버터 및 전기 모터의 효율을 최적화하는 것은 전력 테스트에서 가장 까다로운 작업 중 하나입니다.
이러한 구성 요소가 협력하는 방식은 단순한 전력 이상의 효율성에 영향을 미칩니다. 개별 구성 요소는 어떻게 작동하나요? 다양한 상황 (온도, 습도)과 동적 상태 (다양한 도로 조건 또는 주행 스타일)에서 이러한 행동은 어떻게 변하나요? 물론 스트레스가 많은 EMC 환경에서는 큰 대역폭, 넓은 동적 범위 및 높은 측정 정확도와 같은 상충되는 기술적 요구 사항이 있습니다.
컴퓨터 시뮬레이션은 전기 모터 효율의 이론적 지표를 제공하지만, 계산된 값이 테스트 벤치에서 얻은 증거와 일치하는지, 그리고 둘 다 실제 조건을 반영하는지 확인하기 위해 광범위한 물리적 테스트를 통해 검증해야 합니다. 고품질 측정 데이터는 엔지니어가 구성 요소, 하위 시스템 또는 전체 차량을 더 많은 테스트를 통해 검증해야 하는지 또는 생산에 들어갈 준비가 되었는지 여부를 결정할 수 있는 신뢰할 수 있는 통찰력을 제공합니다.
여기서 문제가 시작됩니다. 컴포넌트 패밀리 내의 복잡성은 엄청납니다. 강력한 배터리와 효과적인 인버터 및 효율적인 모터를 결합한다고 해서 구동 시스템이 최대한 효율적이라는 것을 자동으로 보장하지는 않습니다. 배터리 범위는 200-400볼트이지만 600-800볼트까지 높을 수 있습니다. 저주파에서 작동하는 인버터 스위치는 손실을 줄이지 만 소리가 날 수 있습니다. 주파수가 높을수록 손실이 증가하고 물리적 스위치 크기에 의해 제한됩니다. 새로 개발된 고주파 모델은 비용이 많이 들고 아직 견고하지 않습니다.
다양한 전기 모터 유형 (영구 자석, induction, wound field 또는 switched reluctance)과 모터 크기 범위를 곱하면 무한한 가능성을 제공합니다. 여러 인버터를 사용하면 더 많은 복잡성이 발생할 수 있으며 실제로 6단계 이상의 기계를 만들 수 있습니다. 각 조합마다 고유한 이점과 단점이 있습니다. 그런 다음 차량 구성이 제공됩니다. 전기 자동차에는 1~4개의 견인 모터와 보조 시스템 (창문, 시트 등) 을위한 소형 DC 모터가 모두 배터리에서 전력을 끌어 와서 차량 효율에 영향을 미칩니다.
각 개별 차량은 개발 초기에 명확하게 고객 기대치를 충족하도록 설계되었습니다. 예를 들어 범위, 편안함 및 운전 행동 측면에서 스포츠카 운전자의 기대치는 소형 자동차 운전자의 기대치와 매우 다릅니다. 테스트는 실제 성능이 실패하는지, 각 사례에서 효율성, 손실 및 동작에 대한 기대치를 충족하는지 또는 초과하는지 여부를 명확히해야 합니다.
동시에 모터 제조업체는 설계 요구 사항과 경제적 기준의 균형을 맞추는 것을 목표로 합니다. 생산 단가 외에도 짧은 테스트 주기와 더 빠른 시장 출시 기간을 통해 R&D에 투자하는 노력을 줄이려고 합니다.
i전기 이동성 분야의 테스트 표준은 거의 없기 때문에 모든 테스트 설정은 테스트 대상 개별 구성 요소에 맞게 조정됩니다. 모든 차량은 일정한 속도 및 부하 변화뿐만 아니라 부하 조건 (도로 상태, 주행 스타일, 배터리 상태 또는 온도 및 날씨와 같은 주변 조건)을 처리할 수 있어야 하므로 테스트 설정에서 이러한 파라미터를 고려해야 합니다. 위에서 보았듯이 하나의 모터가 단일 axle을 파생하는 것이 아니라 여러 모터가 장착된 여러 차축에서 시나리오는 훨씬 더 복잡해집니다. 이 복잡성 수준은 측정 수를 곱하고 수집할 데이터의 양은 비례하여 확장됩니다.
여기에 일반적으로 고도로 맞춤화되는 복잡하고 시간이 많이 걸리는 테스트 벤치 빌드가 추가됩니다. 따라서 시리즈 생산에 이르는 후속 개발 단계에 대한 기한을 맞추려면 시기 적절한 조정과 계획이 필수적입니다. 이를 위해 테스트 벤치의 모든 부분이 매끄럽게 맞물려야 합니다. 이러한 모든 요구 사항을 동시에 충족하기 위해 무엇을 할 수 있을까요? 답은 테스트 벤치 시스템에 완벽하게 통합되는 테스트 벤치 장비를 선택하는 것입니다. 이는 정확할 뿐만 아니라 엔지니어 생산성을 높이는 동시에 검증 및 인증을 위해 감사 가능한 결과를 제공해야 할 필요성을 지원합니다.
HBM eDrive 테스트 솔루션은 완벽한 상호 운용성을 위해 설계된 내구성 있고 신뢰할 수 있는 하드웨어, 고급 소프트웨어 및 고정밀 센서로 구성되어 있습니다. 이 솔루션은 e-드라이브 효율성을 테스트하는 작업에 완벽하게 적합하며 전기, 기계, 제어 및 NVH 신호를 모두 처리할 수 있습니다.
모듈식의 유연한 셋업을 통해 엔지니어는 작거나 많은 입력 채널 수에 맞게 테스트 벤치를 조정할 수 있습니다. 동적 전력 측정의 경우 높은 샘플링 속도와 최고의 정확도로 최대 51개의 입력 채널을 동시에 처리할 수 있습니다. 채널 밀도는 휴대용 또는 테더링된 GENESIS 고속 전력 분석기 메인프레임에 필요한 만큼 파워 카드를 추가하거나 여러 전력 분석기를 결합하여 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 3채널 GEN310B 파워 카드는 뛰어난 정확도, 2MS/s 샘플링 속도 및 최적의 효율 계산을 특징으로 합니다. 전압 입력 범위는 최대 1500V DC이므로 가장 까다로운 전기 자동차 테스트 애플리케이션도 지원할 수 있으며 동급 최고의 1000V CAT IV 안전 등급을 제공합니다. 온도는f 전기 모터 효율 의 중요한 요소 중 하나이기 때문에 (모터가 차가울수록 효율이 좋음) 더 낮은 샘플링 속도로 측정을 수행하는 데 범용 카드도 사용할 수 있습니다. 단일 전력 분석기에서 두 카드 유형을 결합하는 것은 문제가 되지 않습니다. 가장 중요한 것은 전기 또는 기계의 모든 신호 수집이 PTP v2 표준을 기반으로 한 단일 타임라인에서 동기화된다는 것입니다. 판독값의 타임스탬프에 대해 걱정할 필요가 없습니다.
시스템은 rwa 데이터를 동시에 수집 및 저장하므로 테스트에 필요한 시간이 크게 단축됩니다. 엔지니어가 이후 단계에서 측정을 추가하기로 결정하더라도 테스트를 다시 실행할 필요가 없습니다. 모든 데이터를 사용하여 문제를 수학적으로 풀 수 있습니다.
이 시간 절약 효과는 Perception 소프트웨어에서 결과를 실시간으로 계산하고 시각화하여 향상됩니다. 엔지니어는 라이브 오실로스코프와 FFT 디스플레이를 통해 설정 중에 테스트를 검토할 수 있으므로 테스트 실행 후 조정에 필요한 시간을 크게 절약할 수 있습니다. Perception은 완벽한 분석 도구 상자를 제공할 뿐만 아니라 사용자 지정 계산을 추가할 수도 있습니다. 이를 통해 사용자는 완전한 유연성과 데이터 투명성을 얻을 수 있습니다. Perception은 이벤트 기반 데이터 기록을 위한 트리거를 구성하는데도 사용됩니다.
마지막으로, 전기 파워트레인 테스트 를 위한 HBK 솔루션은 모든 테스트 벤치 자동화 시스템에 완벽하게 통합되며 API, CAN FD 또는 EtherCAT과 같은 소프트웨어 인터페이스를 통한 원격 테스트 제어가 가능합니다.
HBM의 eDrive 테스트 솔루션은 테스트 준비 시간 단축, 테스트 속도 향상, 테스트 주기 감소, 궁극적으로 신차 개발 시 상당한 비용 절감에 기여합니다.
시간과 예산 제약으로 인해 개발 주기를 앞당기려면 엔지니어가 가능한 한 많은 데이터 신호를 동시에 캡처해야 한다는 의미이기도 합니다. 신차 개발의 초기 단계에서는 전자 구동계 구성 요소, 특히 인버터와 모터의 조합의 상호 운용성에 대한 지식이 많을 수 있습니다. 실제로 이것은 안전을 위해 가능한 한 많은 신호를 측정하고 데이터를 저장하는 것으로 해석됩니다. 드라이브 구성 요소를 특성화하기 위해 수집되는 신호의 범위는 다음과 같습니다 :
가장 중요한 것들만 나열할 수 있습니다. 며칠 또는 몇 주 동안 이러한 신호를 캡처하여 생성되는 데이터의 양이 엄청나다고 상상하기 쉽습니다.
엔지니어는 개별 결과를 보는 대신 효율성 맵을 사용하여 판독값을 시각화하고 개별 구성 요소의 효율성을 결정합니다. 이 맵은 또한 가장 높은 효율과 가장 긴 범위를 달성하기 위해 인버터와 모터를 대부분 작동 할 위치를 결정하는데 도움이됩니다. 출력은 토크와 속도에 대해 미리 정의된 설정점 범위를 기반으로 측정됩니다. 이러한 설정점의 측정에 다양한 기어 상태 (하이브리드의 경우), 다중 온도 또는 배터리 상태를 곱하면 문자 그대로 수만 개의 측정 지점이 생성됩니다. 이와 같은 일련의 실험을 실행하는 데 며칠 또는 몇 주가 걸릴 수 있습니다. 모든 관련 신호를 동시에 캡처하면 테스트 데이터를 후처리 및 오프라인 분석에 사용할 수 있습니다. 이 접근 방식은 인증 방법의 내부 문서화 및 외부 검증에 필요한 감사 가능성도 제공합니다.
HBM의 전기 구동계 테스트 솔루션은 효율성 매핑을 10배 더 빠르게 하기 위해 소위 “사이클 감지” 기술을 사용합니다. 개별 설정점에 대한 측정 시간을 0.5초에서 1초 범위로 단축함으로써 다차원 효율성 맵의 생산을 몇 주에서 며칠 또는 몇 시간으로 줄일 수 있습니다. raw 데이터는 언제든지 사용할 수 있으므로 엔지니어는 문제가 발생할 경우 테스트 시리즈를 다시 실행할 필요 없이 이전 테스트를 참조할 수 있습니다.
여기서 또 다른 중요한 요소가 작용합니다. 바로 정확도입니다. 전력 손실 또는 효율과 같은 파생 값에 대한 합리적인 측정 불확실성을 달성하려면 가장 정확한 전력 분석기와 가장 정확한 센서만으로 충분합니다. 정격 전력이 500kW 입력이고 출력이 475kW 인 인버터를 고려하십시오. 이는 25kW의 손실과 같습니다. 측정 체인 오차가 1% 인 경우 측정 값은 +/- 5kW 입력, +/- 4.75kW 출력이며 +/-9.75kW의 에너지 손실에 대한 누적 측정 불확실성을 제공합니다. 39% 의 누적 측정 불확도는 만족스럽지 않습니다. 그러나 측정 체인 오차가 0.1%인 경우 전력 손실에 대한 누적 측정 불확도는 3.9% 입니다. 분명히 장비가 정확할수록 테스트 결과는 더 신뢰할 수 있으며 모터 교정에 대한 통찰력은 더 의미가 있습니다.
HBM의 고정밀 전력 분석기 는 전압, 전류, 토크/속도 측정을 위한 다양한 센서로 보완되며, 동급 최고의 정확도 등급과 최고의 안전 표준을 갖추고 있습니다. 이 제품은 e-drive 테스트 시스템에 대한 인증을 받았으며 통합 솔루션을 위해 GENESIS HighSpeed 하드웨어와 완벽하게 조화를 이룹니다.
이러한 데이터를 지속적이고 안정적으로 캡처, 저장, 상호 연관, 처리 및 시각화하는 HBM과 같은 테스트 솔루션은 빠르고 유효하며 감사 가능한 테스트를 진행하는데 필수적입니다. HBM는 맞춤형 교육을 통해 신속한 온보딩 프로세스를 보장합니다. 맞춤형 교육이 필요하시면 HBM 웹 사이트나 이메을 통해 신청해 주시기 바랍니다. 전문 엔지니어들이 HBM 전기 모터 테스트 솔루션에 대한 지식 이전, 시스템 통합 지원 및 기타 서비스를 지원합니다.
