電動汽車充放電式電機控制器檢測規范的研究

文/洪先建

電動汽車充放電式電機控制器檢測規范的研究

文/洪先建

隨著新能源汽車產業的快速發展，電動汽車上的高壓部件逐漸向高度集成化方向發展。其中，充放電機集成電機控制器通過在傳統控制器基礎上增加控制單元，使其具備了驅動電機、車載充電、DC/DC變換及向外供電的功能，但目前國內沒有直接針對該類集成控制器的試驗標準，本文對現行的相關國內標準進行整合，結合該類產品的工作特點研究了一套適用于該類集成控制器的試驗規范。

電動汽車 電機控制器 充放電 集成

電機控制器、充電機、直流/直流（DC/DC）變換器是電動汽車必需的關鍵零部件，目前大部分新能源車輛中，這三者都是相互獨立的。隨著新能源汽車技術的飛速發展，零部件集成度越來越高，市場中逐漸出現了一些“多合一”電機控制器，即集成了多功能的電機控制器。其中，一種新型的充放電式電機控制器，其利用電機控制器交流/直流AC/DC和DC/AC的工作電路實現了充電機和車輛向外部供電的功能，具有結構精簡、功能多樣的特點，成為行業發展新的熱點和亮點。此外，這種電機控制器還集成了DC/DC功能，將動力電池中的高壓變換成12V低壓供電機控制器工作和車輛輔助電池充電。目前，電機控制器、車載充電機及DC/DC都有相對應的國家標準，但這三者集成在同一個零部件里，分別按照這三個標準進行測試顯然是不合理的。因此，本文擬對此類集成電機控制器進行研究，結合現行國家標準，制定合理的試驗規范。

一、充放電式電機控制器簡介

1. 工作原理

從工作原理角度看，電機控制器的功能涵蓋了充電機和車輛向外供電的主要電路。電機系統在電動模式下，是將動力電池輸出的直流電變換成交流電來驅動電機，這和車輛向外供電的功能完全一致，即把電池中的直流電轉換成交流電傳輸至外部負載。電機系統在饋電模式下，是將電機發出的交流電轉換成直流電給電池充電，這又與車載充電機的工作電路一致，即把電網中的交流電轉換成直流電給電池充電。因此，通過在電機控制器上僅增加控制電路和保護電路，即可實現車載充電和車輛向外部供電的功能。這種集成并非簡單的結構集成，而是深度電氣集成，該產品所有功能的實現都是基于電機控制器的主電路完成的。與傳統的電機控制器相比，該類產品僅增加了開關電路和保護元件。通過控制單元使一組電路在不同的指令下實現了驅動電機、車載大功率充電及對外部負載放電等多種功能。

2. 功能特點

充放電式電機控制器的車載充電功能可以實現大功率充電，讓電動汽車可以擺脫直流充電樁，實現隨處充電，為我國電動汽車發展初期解決“充電難”提供了很好的解決方案。

充放電式電機控制器使電動汽車“變身”移動儲能電站，電動汽車可向外輸電。充放電式電機控制器通過其AC/DC變換模塊，可將動力電池的電能轉換為50 Hz的交流電，平穩地向外部輸送電能，拓展了電動汽車的功能。

此功能具體表現在：

① 車輛對電網放電：電動汽車在夜間用電低谷時充電，閑置時可在白天用電高峰時饋電至電網，實現電動汽車用戶和電網的雙贏。

② 車輛對負載供電：車輛向電器供電，在用戶外出和旅游時豐富用戶的使用體驗。

③ 車輛對車輛充放電：車輛化身為移動充電站，可實現道路救援，為道路上因電能耗盡而拋錨的車輛提供充電。

④ 充放電式電機控制器讓電動汽車變成智能電網的“參與者”，平衡電網、削峰填谷。未來，裝有充放電式電機控制器的電動汽車與電網相連，晚上用電低谷時（電價低）車輛充電，白天用電高峰時（電價高）不運行的車輛向電網放電，電網可遠程實時監控和調度電動汽車的電力，不僅可以起到平衡電網，削峰填谷的作用，而且通過“買”電“賣”電方式，利用電價差為用戶贏得額外的利益。

綜上所述，這種充放電式集成電機控制器具有集成性好，綜合成本低，功能豐富的優點，是目前電動汽車電機控制器的重要發展方向。

二、現行檢測標準簡介

充放電式集成電機控制器包含了驅動電機控制、車載充電、DC/DC變換和向外供電4大功能，而這4個功能對應的產品國內均有現行的標準，分別是：電機控制器涉及GB/T 18488.1-2015《電動汽車用驅動電機系統 第1部分：技術條件》和GB/T 18488.2-2015《電動汽車用驅動電機系統 第2部分：試驗方法》，車載充電機涉及QC/T 895-2011《電動汽車用傳導式車載充電機》，DC/DC變換器涉及GB/T 24347-2009 《電動汽車DC/DC變換器》。

這4項檢測標準的檢測項目大致可分為性能測試、環境適應性和電磁兼容性測試。其中，環境測試項目中有諸多重復項，考慮到所有功能模塊其實都是集成在同一個電路和殼體中，如果依次按照每個標準進行測試，不僅會增加試驗量，也會對測試樣品造成過度重復實驗，影響試驗效果。因此，有必要對這4項標準進行整合，合理合并重復項目，對各工作模式進行明確定義，對性能測試項目進行合理設計，避免降低現行標準的試驗要求。

三、試驗規范研究

基于上述內容，結合現有的4項標準，根據該種充放電式集成電機控制器的結構和功能特點，研究出合理的試驗規范，以用于該類集成電機控制器的測試。

1. 試驗規范原則

由于所有功能都集成在一個零件內，所以試驗規范應遵循以下原則：

① 濕熱、高低溫、振動、防護等級等環境試驗應按照4個標準中最惡劣的條件進行，不重復進行試驗。

② 由于該控制器可能同時在驅動電機模式和DC/DC模式下工作，因此噪聲及電磁輻射會出現疊加效應。但考慮到在常規的獨立式電機控制器和DC/DC變換器也存在同時工作的情形，因此本規范不針對該類疊加的工作模式提出額外的實驗要求，以保持與現行標準的要求一致。

③ 性能測試應在各工作模式下分別進行測試，測試結果應滿足對應標準的要求。

④ 向外部供電時，應滿足充電樁的相關標準要求。

2. 試驗規范

基于以上原則，制定該類充放電式集成電機控制器的試驗規范。如，在驅動電機工作模式下，其性能和電磁兼容性應滿足GB/T 18488.1-2015要求；在車載充電模式下工作時，其工作噪聲、性能及電磁兼容性應滿足QC/T 895-2011的要求；DC/DC模塊工作時，其工作噪聲、性能及電磁兼容性應滿足GB/T 24347-2009的要求。

① 絕緣電阻、工頻耐壓、接地電阻、電氣間隙和爬電距離等電安全性能、耐鹽霧及耐振動測試應滿足試驗條件最為惡劣的GB/T 18488.1-2015國家標準要求。

② 產品高低溫性能應滿足GB/T 24347-2009國家標準要求。

③ 防護等級應滿足產品技術說明書要求（至少滿足GB 4208-2008《外殼防護等級（IP代碼）》規定的IP55要求）。

④ 當控制器同時在驅動電機模式和DC/DC模式下工作時，其溫升性能應滿足GB/T 18488.1-2015要求。

⑤ 產品銘牌應標明各工作模式下的基本性能參數。

⑥ 電動汽車通過充放電集成控制器向其他車輛供電時，其接口、充電時序和安全保護功能應滿足GB/T 18487.1-2015的要求。

四、試驗驗證

為驗證該試驗規范的可行性與優越性，本文選取了一款市場上應用較為成熟的該類產品，按照該試驗規范進行了測試，選取的試驗對象基本參數見表1。

試驗樣品數為2個，試驗內容為該規范中除可靠性外的全部試驗項目，總試驗周期為4周。

在驗證試驗中，該樣品通過了各項測試，且在測試過程中未出現明顯不合理的試驗項目，在一定程度上證明了該試驗規范的可行性。

表1 各標準檢測項目表

按照現行的國家標準和行業標準測試方法，該產品需要分別完成GB/T 18488.1-2015、QC/T 895-2011、GB/T 24347-2009和 GB/T 18487.1-2015四個標準的檢驗測試，其試驗成本如表2所示。對比發現，本文研究的試驗規范在未降低產品要求的前提下，測試成本與周期降低超過50%，對該類產品的發展有著積極的促進作用。

表2 試驗成本對比表

五、總 結

為滿足新能源汽車產業中新型充放電式電機控制器的需求，本文基于其工作原理和性能特點，結合現有的國家標準和行業標準，為該類產品制定了一套試驗規范。規范以環境試驗合并進行、功能試驗分別進行的原則，在保證產品性能能滿足各法規要求的前提下，既降低了試驗量，又保證了產品的性能要求，為該類產品發展初期的檢測與認證提供了有效的解決辦法。

With the rapid development of new energy automotive industry, the high voltage parts on the vehicle are gradually becoming highly integrated. With the addition of a control unit on its traditional controller, the charge and discharge integrated motor controller acquired the functions of E-motor driving, on-board charger, DC-DC converters and power supplying.Due to low cost, high integration, and rich features, it becomes widely popular. However, there is no domestic test standard for this type of integrated controller. Therefore, this article studies a set of suitable test specification for the integrated controller based on the current relevant national standard.

Electric vehicle; Motor controller; Charge and discharge; Integration

（作者單位：上海機動車檢測認證技術研究中心有限公司）