電動汽車電機及控制器性能測試系統(tǒng)

陳立峰　孟憲臣　余靖

摘 要：在國家重大科技項目的支持下， 我國的電動汽車產(chǎn)業(yè)得到了迅速發(fā)展， 研制出了一些新能源汽車， 如混合動力汽車、純電動汽車、氫燃料電池汽車等， 并在北京、上海等城市已經(jīng)投入試運營。同時在電動汽車關(guān)鍵零部件領(lǐng)域也取得突破，動力電池和動力電機及控制器等關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。與此同時， 為了滿足電動汽車測試驗證的需要，分別成立了電動汽車電池、電機和整車的測試中心， 制訂了一系列電動車的相關(guān)標準， 以推動行業(yè)發(fā)展和技術(shù)進步。其中， 電機及控制器是電動汽車最關(guān)鍵的零部件之一， 從動力電機的不同類型出發(fā)，介紹了動力電機的應(yīng)用情況， 對目前實行的電機及控制器國家標準中的主要項目進行深入探究， 在試驗的基礎(chǔ)上對測試設(shè)備和測試方法進行了分析和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：電動汽車；電機；控制器；測試

中圖分類號：U469.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0050-01

1 電機驅(qū)動系統(tǒng)的作用

電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的核心，它與整車動力性能的好壞密切相關(guān)，是電動汽車關(guān)鍵技術(shù)之一。電機驅(qū)動系統(tǒng)由電動機和驅(qū)動控制器兩部分組成。電動機是一種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的裝置，為滿足整車動力性能的需求，要求其具有瞬時功率大、過載能力強、加速性能好、使用壽命長、調(diào)速范圍廣、減速時實現(xiàn)再生制動能量回饋、效率高、可靠性高等特點。驅(qū)動控制器是將電池的電量轉(zhuǎn)變?yōu)檫m于電動機運行的另一種電能變換控制裝置。通過這種變換和控制使電動機處于最佳工作狀態(tài)，以滿足電動汽車實際行駛工況的需要，驅(qū)動控制器要求結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高、動態(tài)響應(yīng)好、系統(tǒng)高可靠、成本低。驅(qū)動電機及其控制器的性能好壞直接決定車輛的品質(zhì)好壞，所以在試驗室中正確地進行試驗是必要的。

2 電機控制器性能測試設(shè)備

2.1 實驗設(shè)備

目前常用的測功機主要有直流電力測功機、交流電力測功機、電渦流測功機和水力測功機。直流電力測功機：由直流電機、測力計和測速發(fā)電機組合而成。直流電機的定子由獨立的軸承座支承。它可以在某一角度范圍內(nèi)自由擺動。機殼上帶有測力臂，它與測力計配合，可以檢測定子所受到的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩可以由定子上量測。與直流電機類似，直流測功機調(diào)速性能好，控制簡單，但由于換向器的原因，不適合高速運行，而且大功率的測功機相對于其他類型，體積較大。不適用于動力電機測試。交流電力測功機：由1臺三相交流電動機和測力計、測速發(fā)電機組成。它的測功原理與直流測功機相同，但不存在換向問題，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。目前交流測功機在動、靜態(tài)性能上已經(jīng)得到了很大提高。電力測功機既可以進行電動性能測試，也可以進行饋電性能的測試。

2.2 測試方法

通過安裝夾具及聯(lián)軸器將被測電機與測功機連接，適當調(diào)整使軸與軸的對中度符合試驗要求，對個別超高速電機，為防止試驗過程中因為軸振動或?qū)χ胁粔蚓_引起軸承發(fā)熱失效或者損壞電機的情況，可以考慮在適當位置安裝振動傳感器及溫度傳感器，對試驗過程中局部情況實時監(jiān)測，一旦有異常立即停止。針對標準的要求，試驗時測試額定及峰值負載下的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩和效率特性，以及額定負載下的饋饋電特性。溫升試驗也是在臺架上進行，分別測量電機繞組的溫升和控制器的溫升。電機和控制器都配備有散熱系統(tǒng)，或水冷或風冷。電機及控制器從冷機狀態(tài)下啟動開始工作，溫度會隨之慢慢增加，在固定負載的情況下，溫度最終會趨于穩(wěn)定，這段時間內(nèi)溫度的變化量就是溫升值。標準中有3種方法：電阻法、埋置檢溫計（ETD）法和溫度計法。試驗電機不宜拆開。因此選用電阻法比較適合，通過比較試驗前后環(huán)境溫度、冷卻水溫度以及繞組直流電阻的變化來計算電機不同工況下的溫升值。控制器的溫升通過溫度計即可測量。溫升值根據(jù)不同產(chǎn)品的工作制要求進行測試。應(yīng)用在不同類型系統(tǒng)上的電機應(yīng)選用不同的工作制，比如純電動汽車，串聯(lián)式、并聯(lián)式以及混聯(lián)式混合動力汽車，PLUG-IN混合動力汽車等不同類型的應(yīng)用。在該項目中，標準里除了對溫升值的要求外，對試驗過程中電機的最高溫度也有要求，根據(jù)電機不同的絕緣等級，要求也不一樣。

2.3 測試具體的實驗步驟

室內(nèi)試驗；電動汽車傳動試驗臺介紹。電動汽車傳動試驗臺主要由電源模塊、電機和變速器模塊、整車慣量模擬模塊、電渦流加載模塊、各類傳感器和控制臺等六部分組成，可以完成電動機、電機控制器、動力電池、整車性能等相關(guān)內(nèi)容的試驗研究。

2.4 電動汽車電機及控制器專用測試裝備分析

電動汽車電機-控制器專用測試裝備通用性較好，可以滿足多種型號、規(guī)格的電機和控制器試驗。它主要由陪試電機、大功率電機驅(qū)動器、高性能嵌入式控制系統(tǒng)、智能工況模擬系統(tǒng)、能源系統(tǒng)（電池系統(tǒng)）、系統(tǒng)工作參數(shù)檢測和采集系統(tǒng)等構(gòu)成，能全方位展示電動汽車在不同工況下的工作狀況。智能模擬車輛負載系統(tǒng)與電機控制系統(tǒng)聯(lián)動，模擬電動車系統(tǒng)的不同工況（起動、怠速、勻速、加速、減速、停車及爬坡等），并實時、自適應(yīng)、智能調(diào)節(jié)負載大小。測試裝備整合了計算機仿真快速、靈活的動態(tài)模擬優(yōu)勢和道路試驗準確可靠的優(yōu)點來進行電動汽車電機及控制器的研究。圖1所示為根據(jù)電動汽車電機及控制器的試驗特點設(shè)計的電動汽車電機及控制專用測試裝備框圖。各模塊功能和作用分別如下：

（1）電源模塊：根據(jù)不同的試驗電機或控制器提供可控的交直流電源；（2）電機及控制器性能測試模塊：測試動力電機或控制器的性能，實現(xiàn)電動汽車的驅(qū)動控制；（3）轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量模塊：用來測量動力電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等機械特性參數(shù)；（4）電參數(shù)測量模塊：用來測量動力電機的電壓、電流等電力性能指標；（5）行駛阻力模擬模塊：模擬電動汽車道路行駛過程中的各種行駛阻力；（6）能量管理模塊：實現(xiàn)測試系統(tǒng)的能量管理，并采取一定的控制策略使測試系統(tǒng)達到最優(yōu)的能量控制。

3 結(jié)語

隨著能源危機的加深，環(huán)境污染的不斷加劇，使用清潔環(huán)保能源取代石化能源已經(jīng)成為全球急需和正在解決的熱點問題，電動汽車因其具有綠色環(huán)保、能量來源多元化、能源利用效率高等優(yōu)點，世界各國都在積極努力地研究發(fā)展能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車的電動汽車。電動汽車是汽車可持續(xù)發(fā)展的方向，混合動力和純電動汽車正在迅速發(fā)展，在可預(yù)見的未來將大量上市，結(jié)合試驗對標準和測試方法的分析有助于詳細地評價電機和控制器的各方面性能，有利于電動汽車行業(yè)整體質(zhì)量水平的提升。隨著技術(shù)的進步，電機和控制器也在不斷發(fā)展，標準和測試技術(shù)也應(yīng)當體現(xiàn)當前技術(shù)的發(fā)展水平，為電動汽車零部件提供更好的測試服務(wù)。

參考文獻

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