電動汽車電機及控制器性能測試系統

陳立峰　孟憲臣　余靖

摘 要：在國家重大科技項目的支持下， 我國的電動汽車產業得到了迅速發展， 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、上海等城市已經投入試運營。同時在電動汽車關鍵零部件領域也取得突破，動力電池和動力電機及控制器等關鍵零部件產業發展迅速。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標準， 以推動行業發展和技術進步。其中， 電機及控制器是電動汽車最關鍵的零部件之一， 從動力電機的不同類型出發，介紹了動力電機的應用情況， 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， 在試驗的基礎上對測試設備和測試方法進行了分析和總結。

關鍵詞：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 電機驅動系統的作用

電機驅動系統是電動汽車的核心，它與整車動力性能的好壞密切相關，是電動汽車關鍵技術之一。電機驅動系統由電動機和驅動控制器兩部分組成。電動機是一種將電能轉變為機械能的裝置，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、調速范圍廣、減速時實現再生制動能量回饋、效率高、可靠性高等特點。驅動控制器是將電池的電量轉變為適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，以滿足電動汽車實際行駛工況的需要，驅動控制器要求結構簡單、控制精度高、動態響應好、系統高可靠、成本低。驅動電機及其控制器的性能好壞直接決定車輛的品質好壞，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備

2.1 實驗設備

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矩。轉軸上的轉矩可以由定子上量測。與直流電機類似，直流測功機調速性能好，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，結構簡單，可靠性高。目前交流測功機在動、靜態性能上已經得到了很大提高。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

通過安裝夾具及聯軸器將被測電機與測功機連接，適當調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對中不夠精確引起軸承發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速，轉矩和效率特性，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，或水冷或風冷。電機及控制器從冷機狀態下啟動開始工作，溫度會隨之慢慢增加，在固定負載的情況下，溫度最終會趨于穩定，這段時間內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。溫升值根據不同產品的工作制要求進行測試。應用在不同類型系統上的電機應選用不同的工作制，比如純電動汽車，串聯式、并聯式以及混聯式混合動力汽車，PLUG-IN混合動力汽車等不同類型的應用。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、整車性能等相關內容的試驗研究。

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、規格的電機和控制器試驗。它主要由陪試電機、大功率電機驅動器、高性能嵌入式控制系統、智能工況模擬系統、能源系統（電池系統）、系統工作參數檢測和采集系統等構成，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與電機控制系統聯動，模擬電動車系統的不同工況（起動、怠速、勻速、加速、減速、停車及爬坡等），并實時、自適應、智能調節負載大小。測試裝備整合了計算機仿真快速、靈活的動態模擬優勢和道路試驗準確可靠的優點來進行電動汽車電機及控制器的研究。圖1所示為根據電動汽車電機及控制器的試驗特點設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，實現電動汽車的驅動控制；（3）轉矩轉速測量模塊：用來測量動力電機的轉矩、轉速等機械特性參數；（4）電參數測量模塊：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：實現測試系統的能量管理，并采取一定的控制策略使測試系統達到最優的能量控制。

3 結語

隨著能源危機的加深，環境污染的不斷加劇，使用清潔環保能源取代石化能源已經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保、能量來源多元化、能源利用效率高等優點，世界各國都在積極努力地研究發展能夠代替傳統汽車的電動汽車。電動汽車是汽車可持續發展的方向，混合動力和純電動汽車正在迅速發展，在可預見的未來將大量上市，結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整體質量水平的提升。隨著技術的進步，電機和控制器也在不斷發展，標準和測試技術也應當體現當前技術的發展水平，為電動汽車零部件提供更好的測試服務。

參考文獻

[1]楊利輝.電動汽車驅動電機控制器的優化設計[D].重慶：重慶大學，2004.

[2]GB/T18488.1-2006電動汽車用電機及其控制器（第1部分）：技術條件[S].

[3]GB/T18488.2-2006電動汽車用電機及其控制器（第2部分）：試驗方法[S].

[4]程飛.過學訊.電動汽車用電機及其控制技術研究[J].防爆電機，2006，41（5）：14-19.

[5]李斌花，王地川，鐘勇.純電動車電機驅動控制系統現狀與發展趨勢[J].客車技術與研究，2005，（1）.