Hybridienergiajärjestelmän hyötysuhdemittauksista

Abstract

Opinnäytetyön kohteena oli Tampereen ammattikorkeakoulun ja Tampereen aikuiskoulutuskeskuksen ENERVARA-yhteishankkeessa suunniteltu ja rakennettu liikuteltava hybridienergiajärjestelmä. Hybridienergiajärjestelmä on rakennettu kahteen perävaunuun, joista ensimmäinen sisältää tehoelektroniikkalinjan sekä sähköajoneuvojen teholatausaseman, ja toisessa on energiavarasto. Aikaisempien testien perusteella oli huomattu, että tehoelektroniikkalinjan sisältämät tehoelektroniikkakomponentit toimivat oletettua huonommalla hyötysuhteella.

Opinnäytetyön tavoitteena oli suorittaa järjestelmälle hyötysuhdemittauksia erilaisissa käyttö- ja kuormitustilanteissa. Hyötysuhdemittauksia suoritettiin käyttämällä erilaisia mittalaitteita, joita olivat sähkönanalyysimittarit sekä oskilloskoopit.

Mittauksissa törmättiin kuitenkin odottamattomiin ongelmiin, joita ei täysin saatu opinnäytetyön aikana ratkaistua. Hyötysuhdemittaukset antoivat mittareista ja mittaustavasta riippumatta epäloogisia tuloksia, sillä hyötysuhteiden arvot nousivat järjestelmällisesti yli 100 %:n. Tämän seurauksena opinnäytetyön fokus muuttui varsinaisista hyötysuhdemittauksista kohti tehoelektroniikkalaitteiden hyötysuhdemittausten teknisiä yksityiskohtia. Tavoitteena on, että tulevaisuudessa samoja ongelmia kohtaavat henkilöt voisivat saada opinnäytetyöstä konkreettista hyötyä omien mittaustensa tekemiseen.

Opinnäytetyön perusteella tultiin siihen johtopäätökseen, että tällaisia tehoelektroniikkakomponentteja sisältävään järjestelmään tehtäviä mittauksia varten pitäisi kiinnittää erityistä huomiota tähän käyttötarkoitukseen sopivien mittapäiden valintaan. Todennäköisin syy mittausten epäloogisuuteen oli virranmittauksessa käytettyjen virtapihtien soveltumattomuus kyseisiin mittauksiin. Tulevia mittauksia varten pitäisi yrittää etsiä markkinoilta sellaisia virtapihtejä, jotka olisi suojattu paremmin sähkömagneettisilta häiriöltä ja jotka varmuudella soveltuvat korkeataajuisen virran mittaamiseen.

The subject of this thesis is a mobile hybrid energy storage system that was built in a joint venture between Tampere University of Applied Sciences and Tampere Adult Education Centre. This hybrid energy storage system was built on two car trailers. One of the trailers contains the energy storage and the other one contains the power electronics line. In previous measurements it was found that some of the power electronic devices worked with poorer efficiency that was previously thought.

The purpose of this thesis was to perform efficiency measurements for the power electronic devices in various load and usage situations.

The data was collected with Power Quality Analyzers and oscilloscopes.

However, it was found that the measurement devices chosen for data collection produced illogical and distorted efficiency measurement results.

Further research is required when choosing the right measurement devices for this kind of system that contains complex power electronic devices. The probable reason for illogical results was that the current probes were not able to measure this kind of high frequency currents, or they were not sufficiently well protected against the electromagnetic radiation that this kind of a system can produce.