为伦斯勒方程式混合动力车队提供电池充电
伦斯勒理工学院混合动力方程式车队采用Magna-Power的SL系列可编程直流电源，为其混合动力赛车的新一代锂离子电池充电器提供支持。
应用背景
伦斯勒混合动力方程式车队是一支由学生主导的工程团队，隶属于伦斯勒理工学院并获得其赞助。RPI混合动力方程式车队每年参加国际混合动力方程式大学生竞赛，致力于设计、制造和驾驶高性能混合动力赛车。与当今道路上许多商用混合动力汽车不同，我们的赛车设计采用高压电动机与传统内燃机并联的方式，以在赛车环境中最大限度地提升车辆动态性能。虽然我们的混合动力赛车在外观上与Formula SAE赛车相似，但在传动系统、电池和安全系统方面需要大量额外的设计工作。复杂的机械、电气和计算机系统的集成挑战正是吸引大多数成员加入车队的原因。我们相信，这样的工程挑战是年轻工程师、项目经理及相关专业学生为应对实际项目的跨学科特性做好准备的最佳途径之一。
我们赛车的近几代车型具有许多共同特征。赛车采用团队自行设计并焊接的4130铬钼合金空心钢管底盘。底盘内紧密集成了双叉臂独立悬架系统。通过摇臂、拉杆和减震器的机械连杆机构，我们能够精确控制悬架行程特性。一台来自Kawasaki Ninja 250r的发动机和一台AGNI 95r有刷直流电动机通过链条并联连接至后差速器链轮。减轻重量和重心位置的考量对于减少对车辆性能的负面影响至关重要。基于这一考虑，高压电池系统（即电能储存装置）的合理集成成为整车设计的关键要素。我们的储能装置位于座舱防火墙下方，处于赛车最低且最居中的位置。它由440节高放电倍率的18650锂离子电池组成，并由团队自行设计的储能管理系统计算机进行监控，真正代表了赛车中最复杂的系统之一。从储能装置出发，大电流电缆通向后置的电机控制器，再直接驱动电动机。一台PLC通过监测分布在赛车各处的传感器，实现对车辆功能的顶层控制逻辑。
我们需要更强大的电源！
虽然车队使用的是定制电池组，但过去我们的充电方案由各种市售产品拼凑而成，远非理想。之前的充电器由两台固定直流电压电源串联组成，以实现80 Vdc输出。由于每台电源始终输出40 Vdc，我们无法有效控制充电电流或电压。为了使电源在给电池充电时符合比赛规则，我们还不得不设计一套复杂的切换系统。为了监测电池的充电状态，我们使用手持万用表来监测电压和电流，以此大致判断何时应停止充电，因为储能装置与充电器之间没有反馈机制。这些电源也不支持机架安装，因此我们不得不制作定制箱体以方便运输到比赛场地。尽管存在这些不足，该系统在数年间尚能满足需求。这一情况在2013年的比赛中发生了改变——一台电源因不明原因发生爆炸。这一事故促使我们开始寻找更符合应用需求的新电源。我们需要一款便于运输和安装的产品，同时要求易于接口对接，并且能够以最小的改动集成到现有系统中。
新一代方案
幸运的是，Magna-Power Electronics伸出了援手，捐赠了一台SL系列可编程电源。SL系列正是我们一直在寻找的产品。这台1.5 kW的设备支持通用输入，因此无论在赛道还是在工作间，我们都可以运行充电器，无需担心寻找220 Vac电源。此外，我们发现它与现成的PLC单元集成非常便捷直观。这使我们能够使用更复杂的充电曲线（参见图1中的示例），因为锂离子电池需要特定的充电曲线才能确保安全充电。这在旧充电器上是无法实现的，因为我们无法控制电源的输出电流或电压。在新方案中，我们能够精确调节电池的充电电流以及选择的饱和电压。
当我们在集成过程中遇到问题时，Magna-Power的技术支持同样表现出色。当车队在比赛现场急需校准证书时，一个电话打给Magna-Power技术支持，10分钟内便收到了证书。同样，由于我们现在通过PLC控制电源，充电器可以向赛车查询是否确实需要充电以及充电是否安全。当电池温度开始升高时，系统还会自动降低充电电流，从而提高安全性并延长电池的使用寿命。最重要的是，由于储能装置与充电器始终保持通信，充电操作可以在无需用户干预的情况下自动停止。这使团队成员可以腾出精力处理其他重要工作。电源支持机架安装这一特性也大大简化了运输，提高了可靠性，因为所有设备都集中在一个机柜内。
总结
车队从切换到Magna-Power SL系列电源中获益匪浅。最重要的是，它让我们意识到之前的充电方案是多么不足，以及可编程电源能够带来的全新可能性。得益于新电源集成的各项功能，我们的整车现在都能从智能充电和实时通信的优势中受益。安全性和可靠性也得到了显著提升。最令人欣慰的是，我们知道自己拥有扩展充电能力的灵活性，而无需投资全新的充电方案，这让我们充满信心，相信它能够在未来持续满足我们的需求。
Kyle Pollard是伦斯勒理工学院机械工程专业大四学生。在过去三年中，他一直担任混合动力方程式车队的总工程师。他的研究兴趣包括电池系统设计和机电一体化。
Szymon Morawski是伦斯勒理工学院计算机系统专业大四学生。他在过去四年中一直参与混合动力方程式车队的工作。Szymon曾在Magna-Power完成多次工程实习，期待毕业后继续从事嵌入式系统编程工作。