氣候變化以及減少二氧化碳排放的需求正在給交通運輸行業(yè)帶來革命性的變化，并推動其日益向電動交通方向發(fā)展。電動汽車 (EV) 使用高效電源轉換器，其值接近 99%。
    為了設計或評估電源轉換器，必須高精度地測量其功率損耗。通常通過瓦特表測量，功率損耗表示為輸入功率值與輸出功率值之間的差。由于效率高，這種差異非常小，因此只能突出顯示滿量程誤差。
    使用瓦特計進行電氣測量的另一種解決方案是基于量熱法，無需與轉換器進行任何電氣連接即可實現(xiàn)高精度。
    我們現(xiàn)在描述的技術使用單個恒溫室、珀耳帖元件和室溫控制系統(tǒng)。珀耳帖電池以反向模式運行，導致塞貝克效應，由于冷側和暖側之間的熱量差異的影響，在其電極處產生電流。
    傳統(tǒng)熱量計
    由于電子電路中的功率損耗主要是由于散熱造成的，因此可以通過測量系統(tǒng)產生的熱量來確定功率損耗。特別是量熱法，它使用介質來消除被測設備 (DUT) 產生的熱量。在理想的熱量計中，散發(fā)的熱量完全被介質吸收，介質可以是空氣、水或其他類型的冷卻劑。
    常規(guī)熱量計分為三種類型：
    開放式熱量計：被測件直接放置在測量室內，冷卻劑以普通空氣為代表。該解決方案的優(yōu)點是結構簡單且測量執(zhí)行速度快。主要缺點是難以測量空氣的熱容。
    封閉式單殼熱量計：它包括一個單獨的冷卻回路，用于與周圍環(huán)境進行熱交換。通過使用水作為冷卻劑，它比開放式熱量計具有更高的精度。然而，由于水的熱容大于空氣的熱容，因此測量時間會變長。
    封閉式雙殼熱量計：可以主動控制兩個殼之間的空氣溫度，從而提高精度。
    無論哪種類型，誤差的主要來源是通過熱量計壁的熱量損失（子>壁）。對于開放式和封閉式單殼熱量計，sub>wall 表示為：
    sub>wall = (T test – T amb ) ÷ R th,wall
    其中，T test是測試室內的溫度，T amb是環(huán)境溫度，R th,wall是熱量計壁的熱阻。
    對于封閉式雙殼熱量計，sub>wall 可以估計為：
    sub>wall = (T test – T gap ) ÷ R th,wall
    其中T gap是箱體之間間隙中的空氣溫度。
    提議的解決方案 提議的解決

    方案使用單個腔室、珀耳帖元件，其表面（腔室內部和外部）有兩個散熱器、溫度傳感器和用于冷卻散熱器的風扇電機（圖 1 ）。

    圖 1：量熱計方案使用珀耳帖元件。
    圖 1：量熱計方案使用珀耳帖元件。
    單房間解決方案的缺點是由子>墻引入的誤差，或跨墻的熱泄漏。為了提高測量精度，由于珀耳帖元件的作用，腔室中的溫度保持等于T amb 。
    產生的總熱量如下式所示：
    u c = S p T c I p – (T h – T c ) ÷ R p – 0.5 R p I p 2
    這里，S p是塞貝克系數(shù)，T c是冷端溫度，Th是熱端溫度，R p是珀爾帖單元的熱阻，I p是珀爾帖單元的輸入電流。
    當腔室內外溫度相同時，珀耳帖元件的冷卻能力等于以熱量形式耗散的功率損失。DUT 的功率損耗 ( sub>loss) 可計算如下：
    sub>loss = S p T c I p – (T h – T c ) ÷ R p – 0.5 R p I p 2 – Q Fc
    其中Q Fc是冷側風扇電機的功耗。
    圖 2顯示了所提出的熱量計控制系統(tǒng)。sub>1是熱量計的設備，sub>2是用于電流控制的降壓轉換器，C 1是用于溫度跟蹤的PI控制器，C 2是用于電流跟蹤的PI控制器。

    使用量熱法測量電動汽車電源轉換器損耗

    圖2： 量熱儀反饋控制系統(tǒng)

    C 1和C 2注釋如下：

    使用量熱法測量電動汽車電源轉換器損耗
    這里，KP i和KP T是比例增益，KI i和KI T是積分增益。
    實驗結果
    初，在 MATLAB 和 Simulink 環(huán)境中開發(fā)了熱等效電路模型的仿真。通過該模擬，可以得出T in隨時間變化的趨勢，觀察在持續(xù)約 600 秒的瞬態(tài)后，室內溫度如何遵循T amb的趨勢。
    通過以相同的方式操作，可以得出珀爾帖單元熱端和冷端的溫度趨勢、珀爾帖單元的輸入電流以及估計的功率損耗。估計的功率損耗與被測轉換器的功率耗散一致。實驗獲得的結果與模擬產生的數(shù)據一致，證實了所提出的量熱方法的有效性。