新能源驅動電機可靠性試驗及提高可靠性的措施

元約平

摘 要：發展新能源產業是緩解環境污染的重要措施，而新能源驅動電機產業是否能健康發展，其核心就是解決現有的驅動問題，如何保證新能源驅動電機可靠性是需要重點考慮的問題，如果新能源驅動電機可靠性不足，會直接降低新能源驅動電機使用的安全性。基于此，本文首先分析新能源驅動電機可靠性試驗，進而探究提高可靠性的措施。

關鍵詞：新能源驅動電機;可靠性試驗;措施

1 新能源驅動電機可靠性試驗

1.1 試驗條件

1.1.1 一般要求

新能源驅動電機要為完整的車用驅動電機系統，滿足廠家提供的技術參數標準，驅動電機外觀也要滿足產品的有關規定。

1.1.2 試驗電源

試驗中采用動力直流電源或動力直流電源和儲能設備聯合提供。在試驗電源直流電壓不超過250V時，其穩壓誤差不得超過±2.5V;試驗電源直流電壓在250V以上時，穩壓誤差不得超過±1%。試驗電壓要滿足驅動電機系統功率標準，可以切換額定電壓狀態、最高電壓狀態、最低電壓狀態。

1.1.3 冷卻

試驗中設備冷卻要滿足的條件有：（1）冷風電機或控制器，試驗中要帶有裝車時的風冷電機。（2）自然冷卻電機要使用外加風機冷卻電機。（3）液冷電機要盡可能采用制造廠商規定的冷卻液。（4）冷卻條件要滿足說明書標準，在試驗報告中作出標注。

1.2 試驗程序

1.2.1 準備

控制器與電機間連接線要與車輛標準保持一致，并增設監測系統。為了保證整個系統可以正常運行，要模擬必要的關聯信號，也可以采用其他方法進行屏蔽處理。供電電源、試驗臺架、監測系統要求可以正常工作。

1.2.2 程序

根據驅動電機參數進行可靠性試驗，試驗曲線如圖1所示，試驗總時間為402h，可以按照以下程序展開試驗工作[1]：

（1）驅動電機系統在額定電壓下運行，試驗轉速保持額定轉速的1.1倍，負荷循環總時間為320h。（2）驅動電機系統在最高電壓下運行，試驗轉速保持額定轉速的1.1倍，負荷循環總時間為40h。（3）驅動電機系統在最低電壓下運行，試驗轉速為最低工作電壓/額定工作電壓*額定轉速1.1倍，負荷循環總時間為40h。（4）驅動電機系統電動工作在額定工作電壓、最高工作轉速和額定功率狀態，運行時間為2h。

1.3 檢查與維護

1.3.1 每1h檢查

在1h范圍內記錄電機轉速、轉矩，控制器直流母線電流電壓，電機表面運行溫度，冷卻液溫度與流量。必要時還要對電機控制器功率元件運行溫度進行檢查。如果配備了熱敏溫度傳感器，要檢查電機繞組運行溫度。

1.3.2 每24h檢查

試驗期間允許停機一次，檢查試驗設備運行情況，包括緊固件、連接件、管路，特別是軟管部位，要做好電纜、接口檢查。檢查冷卻液液面高度，觀察是否存在冷卻液滲漏問題，冷卻液較少要及時補充[2]。整個停機檢查時間不得超過30min。

1.3.3 故障與停機處理

對每次停機原因、操作內容進行記錄。如果出現了故障情況要做好分析工作，做好故障排除和記錄。中斷負荷循環數據不計入到驅動電機系統可靠性工作時間當中。如果停機時間在1h以上，則要重新循環1h時間不計入到可靠性工作時間。

2 提升新能源驅動電機可靠性的措施

2.1 正確選擇功率電子裝置

新能源驅動電機中的功率電子裝置能夠將高壓直流電轉變為適合牽引的電機運行電源形式。當今新能源驅動電機中常見的元器件有GTO、MOSFET、BJT、IGBT、MCT等，IGBT集成了BJT和MOSFET

的優勢，工作頻率在10-20kHz之間，具有較好的電流浪涌量、導通電流密度、電壓阻斷峰值、門極驅動功耗率等指標。具備的高阻抗壓控柵極能夠有效控制低柵極驅動功率，這點可以彌補電池的缺陷。采用IGBT低壓變頻裝置，最大容量380V級可達到540kV·A，良好的性能表現可以提升驅動電機的可靠性。根據不同功能分類，直流驅動系統采用斬波器，交流驅動系統中用逆變器[3]。為了提升驅動電機可靠性，要采用新型電子器件，從而提升功率密度、轉化效率以及降低轉矩脈動、EMI、電磁噪聲、機械振動，多方面提升驅動電機的可靠性。

2.2 應用新型控制技術

如今，矢量控制理論發展更加成熟，可以精準確定電機運行參數，從而控制電機的運行動力，如常見的差頻率矢量控制、無速度傳感器矢量控制等，在微處理器性能愈加強悍的今天，復雜的算法也更加有保障，驅動電機可靠性也進一步提升。變結構控制近些年在新能源驅動電機中應用也很廣泛，VSC針對系統參數不穩定、外界擾動與噪聲具有很強的魯棒性，在保持轉速穩定的情況下，可以保證良好的動態與靜態品質，在很大程度上解決了轉矩、磁鏈脈沖較大情況，抑制了抖動情況。

2.3 優化驅動電機系統結構

如果驅動電機中某個運行參數超標，一旦保護系統動作不及時，就很有可能造成驅動電機系統部件損壞，甚至會出現連帶性損壞。為了能夠提高驅動電機運行可靠性，還要從驅動電機本身著手，電機系統中每個分支回路都要保持獨立運行，避免長期承受高負荷運載。結合新能源汽車運行實際需求對驅動電機系統結構進行調整，簡化驅動電機系統結構，減少不必要的冗余設計環節，從而提升驅動電機系統穩定性、降低系統負載。此外，驅動電機中關鍵回路要設置安全保護裝置，提前設置驅動電機額定標準電壓或電流數據，一旦驅動電機運行數據超標，安全裝置則自動開啟保護，從而保證整個驅動電機系統安全。

3 結束語

綜上所述，新能源驅動電機成為了汽車行業升級轉型的重要設備，也是汽車驅動的核心。在驅動電機可靠性分析上，都要做好前期準備工作，嚴格控制試驗程序和檢查維護工作，找出提升驅動電機性能的方法與措施，最大程度上發揮新能源驅動電機的使用效能。