電動(dòng)汽車充放電式電機(jī)控制器檢測(cè)規(guī)范的研究

文/洪先建

電動(dòng)汽車充放電式電機(jī)控制器檢測(cè)規(guī)范的研究

文/洪先建

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電動(dòng)汽車上的高壓部件逐漸向高度集成化方向發(fā)展。其中，充放電機(jī)集成電機(jī)控制器通過在傳統(tǒng)控制器基礎(chǔ)上增加控制單元，使其具備了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、車載充電、DC/DC變換及向外供電的功能，但目前國內(nèi)沒有直接針對(duì)該類集成控制器的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，本文對(duì)現(xiàn)行的相關(guān)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合，結(jié)合該類產(chǎn)品的工作特點(diǎn)研究了一套適用于該類集成控制器的試驗(yàn)規(guī)范。

電動(dòng)汽車 電機(jī)控制器 充放電 集成

電機(jī)控制器、充電機(jī)、直流/直流（DC/DC）變換器是電動(dòng)汽車必需的關(guān)鍵零部件，目前大部分新能源車輛中，這三者都是相互獨(dú)立的。隨著新能源汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，零部件集成度越來越高，市場(chǎng)中逐漸出現(xiàn)了一些“多合一”電機(jī)控制器，即集成了多功能的電機(jī)控制器。其中，一種新型的充放電式電機(jī)控制器，其利用電機(jī)控制器交流/直流AC/DC和DC/AC的工作電路實(shí)現(xiàn)了充電機(jī)和車輛向外部供電的功能，具有結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、功能多樣的特點(diǎn)，成為行業(yè)發(fā)展新的熱點(diǎn)和亮點(diǎn)。此外，這種電機(jī)控制器還集成了DC/DC功能，將動(dòng)力電池中的高壓變換成12V低壓供電機(jī)控制器工作和車輛輔助電池充電。目前，電機(jī)控制器、車載充電機(jī)及DC/DC都有相對(duì)應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，但這三者集成在同一個(gè)零部件里，分別按照這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試顯然是不合理的。因此，本文擬對(duì)此類集成電機(jī)控制器進(jìn)行研究，結(jié)合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，制定合理的試驗(yàn)規(guī)范。

一、充放電式電機(jī)控制器簡(jiǎn)介

1. 工作原理

從工作原理角度看，電機(jī)控制器的功能涵蓋了充電機(jī)和車輛向外供電的主要電路。電機(jī)系統(tǒng)在電動(dòng)模式下，是將動(dòng)力電池輸出的直流電變換成交流電來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，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(zhuǎn)換成交流電傳輸至外部負(fù)載。電機(jī)系統(tǒng)在饋電模式下，是將電機(jī)發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)換成直流電給電池充電，這又與車載充電機(jī)的工作電路一致，即把電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換成直流電給電池充電。因此，通過在電機(jī)控制器上僅增加控制電路和保護(hù)電路，即可實(shí)現(xiàn)車載充電和車輛向外部供電的功能。這種集成并非簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)集成，而是深度電氣集成，該產(chǎn)品所有功能的實(shí)現(xiàn)都是基于電機(jī)控制器的主電路完成的。與傳統(tǒng)的電機(jī)控制器相比，該類產(chǎn)品僅增加了開關(guān)電路和保護(hù)元件。通過控制單元使一組電路在不同的指令下實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、車載大功率充電及對(duì)外部負(fù)載放電等多種功能。

2. 功能特點(diǎn)

充放電式電機(jī)控制器的車載充電功能可以實(shí)現(xiàn)大功率充電，讓電動(dòng)汽車可以擺脫直流充電樁，實(shí)現(xiàn)隨處充電，為我國電動(dòng)汽車發(fā)展初期解決“充電難”提供了很好的解決方案。

充放電式電機(jī)控制器使電動(dòng)汽車“變身”移動(dòng)儲(chǔ)能電站，電動(dòng)汽車可向外輸電。充放電式電機(jī)控制器通過其AC/DC變換模塊，可將動(dòng)力電池的電能轉(zhuǎn)換為50 Hz的交流電，平穩(wěn)地向外部輸送電能，拓展了電動(dòng)汽車的功能。

此功能具體表現(xiàn)在：

① 車輛對(duì)電網(wǎng)放電：電動(dòng)汽車在夜間用電低谷時(shí)充電，閑置時(shí)可在白天用電高峰時(shí)饋電至電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車用戶和電網(wǎng)的雙贏。

② 車輛對(duì)負(fù)載供電：車輛向電器供電，在用戶外出和旅游時(shí)豐富用戶的使用體驗(yàn)。

③ 車輛對(duì)車輛充放電：車輛化身為移動(dòng)充電站，可實(shí)現(xiàn)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(jī)控制器讓電動(dòng)汽車變成智能電網(wǎng)的“參與者”，平衡電網(wǎng)、削峰填谷。未來，裝有充放電式電機(jī)控制器的電動(dòng)汽車與電網(wǎng)相連，晚上用電低谷時(shí)（電價(jià)低）車輛充電，白天用電高峰時(shí)（電價(jià)高）不運(yùn)行的車輛向電網(wǎng)放電，電網(wǎng)可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度電動(dòng)汽車的電力，不僅可以起到平衡電網(wǎng)，削峰填谷的作用，而且通過“買”電“賣”電方式，利用電價(jià)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(jī)控制器具有集成性好，綜合成本低，功能豐富的優(yōu)點(diǎn)，是目前電動(dòng)汽車電機(jī)控制器的重要發(fā)展方向。

二、現(xiàn)行檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

充放電式集成電機(jī)控制器包含了驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制、車載充電、DC/DC變換和向外供電4大功能，而這4個(gè)功能對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品國內(nèi)均有現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)，分別是：電機(jī)控制器涉及GB/T 18488.1-2015《電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng) 第1部分：技術(shù)條件》和GB/T 18488.2-2015《電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng) 第2部分：試驗(yàn)方法》，車載充電機(jī)涉及QC/T 895-2011《電動(dòng)汽車用傳導(dǎo)式車載充電機(jī)》，DC/DC變換器涉及GB/T 24347-2009 《電動(dòng)汽車DC/DC變換器》。

這4項(xiàng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)項(xiàng)目大致可分為性能測(cè)試、環(huán)境適應(yīng)性和電磁兼容性測(cè)試。其中，環(huán)境測(cè)試項(xiàng)目中有諸多重復(fù)項(xiàng)，考慮到所有功能模塊其實(shí)都是集成在同一個(gè)電路和殼體中，如果依次按照每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，不僅會(huì)增加試驗(yàn)量，也會(huì)對(duì)測(cè)試樣品造成過度重復(fù)實(shí)驗(yàn)，影響試驗(yàn)效果。因此，有必要對(duì)這4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合，合理合并重復(fù)項(xiàng)目，對(duì)各工作模式進(jìn)行明確定義，對(duì)性能測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，避免降低現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求。

三、試驗(yàn)規(guī)范研究

基于上述內(nèi)容，結(jié)合現(xiàn)有的4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)該種充放電式集成電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，研究出合理的試驗(yàn)規(guī)范，以用于該類集成電機(jī)控制器的測(cè)試。

1. 試驗(yàn)規(guī)范原則

由于所有功能都集成在一個(gè)零件內(nèi)，所以試驗(yàn)規(guī)范應(yīng)遵循以下原則：

① 濕熱、高低溫、振動(dòng)、防護(hù)等級(jí)等環(huán)境試驗(yàn)應(yīng)按照4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中最惡劣的條件進(jìn)行，不重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)。

② 由于該控制器可能同時(shí)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)模式和DC/DC模式下工作，因此噪聲及電磁輻射會(huì)出現(xiàn)疊加效應(yīng)。但考慮到在常規(guī)的獨(dú)立式電機(jī)控制器和DC/DC變換器也存在同時(shí)工作的情形，因此本規(guī)范不針對(duì)該類疊加的工作模式提出額外的實(shí)驗(yàn)要求，以保持與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求一致。

③ 性能測(cè)試應(yīng)在各工作模式下分別進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果應(yīng)滿足對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

④ 向外部供電時(shí)，應(yīng)滿足充電樁的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2. 試驗(yàn)規(guī)范

基于以上原則，制定該類充放電式集成電機(jī)控制器的試驗(yàn)規(guī)范。如，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作模式下，其性能和電磁兼容性應(yīng)滿足GB/T 18488.1-2015要求；在車載充電模式下工作時(shí)，其工作噪聲、性能及電磁兼容性應(yīng)滿足QC/T 895-2011的要求；DC/DC模塊工作時(shí)，其工作噪聲、性能及電磁兼容性應(yīng)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(dòng)測(cè)試應(yīng)滿足試驗(yàn)條件最為惡劣的GB/T 18488.1-2015國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

② 產(chǎn)品高低溫性能應(yīng)滿足GB/T 24347-2009國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

③ 防護(hù)等級(jí)應(yīng)滿足產(chǎn)品技術(shù)說明書要求（至少滿足GB 4208-2008《外殼防護(hù)等級(jí)（IP代碼）》規(guī)定的IP55要求）。

④ 當(dāng)控制器同時(shí)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)模式和DC/DC模式下工作時(shí)，其溫升性能應(yīng)滿足GB/T 18488.1-2015要求。

⑤ 產(chǎn)品銘牌應(yīng)標(biāo)明各工作模式下的基本性能參數(shù)。

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

四、試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證該試驗(yàn)規(guī)范的可行性與優(yōu)越性，本文選取了一款市場(chǎng)上應(yīng)用較為成熟的該類產(chǎn)品，按照該試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行了測(cè)試，選取的試驗(yàn)對(duì)象基本參數(shù)見表1。

試驗(yàn)樣品數(shù)為2個(gè)，試驗(yàn)內(nèi)容為該規(guī)范中除可靠性外的全部試驗(yàn)項(xiàng)目，總試驗(yàn)周期為4周。

在驗(yàn)證試驗(yàn)中，該樣品通過了各項(xiàng)測(cè)試，且在測(cè)試過程中未出現(xiàn)明顯不合理的試驗(yàn)項(xiàng)目，在一定程度上證明了該試驗(yàn)規(guī)范的可行性。

表1 各標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)項(xiàng)目表

按照現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，該產(chǎn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)測(cè)試，其試驗(yàn)成本如表2所示。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本文研究的試驗(yàn)規(guī)范在未降低產(chǎn)品要求的前提下，測(cè)試成本與周期降低超過50%，對(duì)該類產(chǎn)品的發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用。

表2 試驗(yàn)成本對(duì)比表

五、總 結(jié)

為滿足新能源汽車產(chǎn)業(yè)中新型充放電式電機(jī)控制器的需求，本文基于其工作原理和性能特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為該類產(chǎn)品制定了一套試驗(yàn)規(guī)范。規(guī)范以環(huán)境試驗(yàn)合并進(jìn)行、功能試驗(yàn)分別進(jìn)行的原則，在保證產(chǎn)品性能能滿足各法規(guī)要求的前提下，既降低了試驗(yàn)量，又保證了產(chǎn)品的性能要求，為該類產(chǎn)品發(fā)展初期的檢測(cè)與認(rèn)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(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司）