新能源汽車動(dòng)力電機(jī)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

王記磊，楊 坤，王 杰，張學(xué)義，郭 棟，白國(guó)軍

（1.廣東省珠海市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東，珠海 519060；2.山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院，山東，淄博 255049）

電機(jī)性能的好壞直接決定了新能源汽車整車性能的好壞，這是因?yàn)閺膭?dòng)力源角度看，新能源汽車與傳統(tǒng)車的主要區(qū)別在于是否用電機(jī)或電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的組合取代了發(fā)動(dòng)機(jī)[1-2]。因此，電機(jī)性能測(cè)試成為新能源汽車開發(fā)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。然而，由于電機(jī)性能測(cè)試設(shè)備價(jià)格昂貴，電機(jī)性能多由整車廠委托測(cè)試部門測(cè)試，存在測(cè)試周期長(zhǎng)且測(cè)試項(xiàng)目不能完全滿足整車廠需求的問(wèn)題。如何從整車使用的角度，準(zhǔn)確、高效地對(duì)電機(jī)性能進(jìn)行測(cè)試成為整車廠及測(cè)試部門亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

引用格式：

本研究針對(duì)整車廠對(duì)電機(jī)性能測(cè)試的需求進(jìn)行了深入分析，提出了動(dòng)力電機(jī)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)方案，對(duì)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等進(jìn)行了設(shè)計(jì)選型，并基于測(cè)試需求對(duì)搭建的測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行了驗(yàn)證。相關(guān)研究對(duì)車用動(dòng)力電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

性能測(cè)試定位力矩測(cè)量測(cè)試轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)特性測(cè)試轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定性測(cè)試轉(zhuǎn)矩精度測(cè)試過(guò)載能力測(cè)試動(dòng)態(tài)循環(huán)工況測(cè)試耐久性測(cè)試電機(jī)高溫工作測(cè)試電機(jī)低溫工作測(cè)試升降法耐久性測(cè)試磁鐵消磁模式耐久性測(cè)試電機(jī)系統(tǒng)加、減速冷熱耐久性測(cè)試電機(jī)系統(tǒng)高速循環(huán)耐久性測(cè)試電機(jī)及控制器高溫放置測(cè)試電機(jī)及控制器低溫放置測(cè)試電機(jī)及控制器高濕度放置測(cè)試電機(jī)密封性老化測(cè)試熱態(tài)絕緣電阻測(cè)試過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)、屈服轉(zhuǎn)速、耐破度測(cè)試全負(fù)荷測(cè)試電機(jī)及控制器耐久性測(cè)試

1 車用動(dòng)力電機(jī)測(cè)試需求分析

工業(yè)用電機(jī)測(cè)試主要包括外特性測(cè)試、效率測(cè)試、啟動(dòng)性能測(cè)試、空載特性測(cè)試、外殼防護(hù)測(cè)試、絕緣性能測(cè)試、濕熱測(cè)試等靜態(tài)測(cè)試[3]。新能源汽車作為一種道路車輛，工作條件惡劣，工作負(fù)荷與轉(zhuǎn)速變化劇烈，且工作空間有限[4]，因此對(duì)電機(jī)及控制器的性能要求更為嚴(yán)格，傳統(tǒng)的電機(jī)測(cè)試項(xiàng)目遠(yuǎn)不能滿足新能源汽車電機(jī)測(cè)試的需求。此外，車用動(dòng)力電機(jī)對(duì)動(dòng)態(tài)特性、安全性及可靠性要求高，所以對(duì)動(dòng)力電機(jī)系統(tǒng)的測(cè)試還應(yīng)科學(xué)、準(zhǔn)確、全面地反映新能源汽車的道路工況[5-7]。據(jù)此，本文根據(jù)某整車廠整車開發(fā)需求、動(dòng)力電機(jī)產(chǎn)品檢驗(yàn)規(guī)范、產(chǎn)品復(fù)驗(yàn)規(guī)范，結(jié)合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，從性能和耐久性測(cè)試角度出發(fā)，提出了表1所示的需求列表。

2 動(dòng)力電機(jī)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)方案

為了實(shí)現(xiàn)表1所示的測(cè)試項(xiàng)目，提出了如圖1所示的測(cè)試平臺(tái)方案。平臺(tái)主要包括：電源系統(tǒng)、測(cè)功機(jī)、被測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)、被測(cè)電機(jī)冷卻系統(tǒng)、被測(cè)電機(jī)環(huán)境系統(tǒng)等。測(cè)功機(jī)的作用是模擬整車負(fù)載，并向被測(cè)電機(jī)提供負(fù)載，它與電機(jī)通過(guò)中間軸連接，通過(guò)轉(zhuǎn)矩計(jì)來(lái)檢測(cè)測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，中間軸通過(guò)安裝面板與被測(cè)電機(jī)相連，設(shè)置安裝面板的目的是適應(yīng)不同電機(jī)測(cè)試的需求。電機(jī)外部設(shè)有環(huán)境艙，用于驗(yàn)證高低溫下的電機(jī)性能。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來(lái)采集電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、交流電電流、直流母線電流、電機(jī)溫度、測(cè)功機(jī)溫度等參數(shù)，用于分析電機(jī)的各項(xiàng)性能?？刂婆_(tái)用來(lái)處理各傳感器的信號(hào)，并將其反饋給操作人員，同時(shí)根據(jù)相關(guān)信號(hào)給控制柜發(fā)送指令，以控制電源系統(tǒng)的工作。電源系統(tǒng)包括變壓器、主機(jī)柜、輔助柜、過(guò)濾柜、電源再生柜、逆變器柜、電池模擬器，其中，變壓器用來(lái)轉(zhuǎn)換電網(wǎng)動(dòng)力電；主機(jī)柜、輔助柜用來(lái)給各試驗(yàn)設(shè)備供電；過(guò)濾柜用來(lái)過(guò)濾電流中的雜波；電源再生柜用來(lái)儲(chǔ)存設(shè)備中多余的電能，以備下次使用；逆變器柜用來(lái)給測(cè)功機(jī)供電；電池模擬器用來(lái)模擬車載動(dòng)力電池，向被測(cè)電機(jī)提供直流電。

表1 車用電機(jī)測(cè)試需求

圖1 動(dòng)力電機(jī)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)原理示意圖

3 動(dòng)力電機(jī)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 測(cè)功機(jī)選型

測(cè)功機(jī)系統(tǒng)是測(cè)試平臺(tái)的關(guān)鍵組成部分，用于模擬整車道路負(fù)載，并測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電流、電壓、功率、效率等參數(shù)，以完成表1所示的測(cè)試項(xiàng)目。常用測(cè)功機(jī)有水力測(cè)功機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)和電力測(cè)功機(jī)，根據(jù)整車測(cè)試需求，要求測(cè)功機(jī)具有超低轉(zhuǎn)速、反拖能力、控制精度高、響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低、電能回饋等性能，因此本研究選用了電力測(cè)功機(jī)[8-10]。

測(cè)功機(jī)的選型主要考慮以下三方面的因素：一是測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)矩測(cè)試范圍不能長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩值的120%，超載時(shí)間不能大于120 s；二是測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試范圍不能長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)所能承受的最大轉(zhuǎn)速，否則將會(huì)大大縮短測(cè)功機(jī)使用壽命；三是測(cè)功機(jī)的功率測(cè)試范圍，尤其是吸收功率，要大于電機(jī)最大功率的15%以上，以免測(cè)功機(jī)因熱量不能及時(shí)散出而損壞。本研究從兩個(gè)方面確定了3個(gè)參數(shù)，一是要求所選測(cè)功機(jī)能夠覆蓋目標(biāo)整車廠的主流車型動(dòng)力系統(tǒng)測(cè)試需求；二是通過(guò)調(diào)研國(guó)外相近車型動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)來(lái)兼顧未來(lái)的開發(fā)需求。

整車廠的目標(biāo)車型主要涉及一款A(yù)0級(jí)、一款A(yù)級(jí)和一款B級(jí)純電動(dòng)車，一款輪轂電機(jī)電動(dòng)車，一款B級(jí)插電式混合動(dòng)力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）和兩款C級(jí)PHEV，而測(cè)功機(jī)廠家可提供的測(cè)功機(jī)有四款。測(cè)功機(jī)1不能覆蓋整車開發(fā)需求；測(cè)功機(jī)2雖能覆蓋整車開發(fā)需求但是功率與PHEV2的電機(jī)功率接近（＜15%），余度較小，存在過(guò)載風(fēng)險(xiǎn)；測(cè)功機(jī)4的余度過(guò)大，導(dǎo)致成本增幅較大；而測(cè)功機(jī)3各方面均較合適。測(cè)功機(jī)及電機(jī)特性對(duì)比如圖2所示。

圖2 測(cè)功機(jī)及電機(jī)特性對(duì)比圖

為了兼顧整車廠未來(lái)開發(fā)的需求，對(duì)國(guó)外同類型新能源電動(dòng)車的功率、 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行了對(duì)標(biāo)分析，其中主流的電動(dòng)車電機(jī)功率需求分布如圖3所示，所選測(cè)功機(jī)可以覆蓋相應(yīng)的功率需求。

圖3 國(guó)外主流電動(dòng)車電機(jī)功率需求分布圖

此外，為了保證測(cè)功機(jī)具有高效率、低噪聲的特性，考慮選用水冷式測(cè)功機(jī)。同時(shí)，由于被測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低，且測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要低于被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的要求，考慮選用永磁同步測(cè)功機(jī)。

基于上述條件及廠家資源確定所選測(cè)功機(jī)主要參數(shù)，見表2，其中FS為滿量程。

表2 測(cè)功機(jī)主要參數(shù)

3.2 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的作用是測(cè)取電機(jī)系統(tǒng)輸入及輸出的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電流、電壓、溫度等參數(shù)，同時(shí)根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)功機(jī)、電池模擬器的控制，系統(tǒng)原理如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)原理圖

控制系統(tǒng)由工控機(jī)和控制單元（PLC）兩部分組成，工控機(jī)用來(lái)接收各傳感器信號(hào)及操作人員指令，并給控制單元和電池模擬器發(fā)送控制信號(hào)，其中測(cè)功機(jī)與被測(cè)電機(jī)之間的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速通過(guò)轉(zhuǎn)矩計(jì)測(cè)量，測(cè)量信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)矩放大器放大后通過(guò)Ethrenet網(wǎng)傳遞給工控機(jī)；電池模擬器與被測(cè)電機(jī)逆變器間的直流電參數(shù)及被測(cè)電機(jī)逆變器與被測(cè)電機(jī)之間的交流電參數(shù)均由功率分析儀測(cè)量后通過(guò)Ethrenet網(wǎng)傳遞給工控機(jī)；被測(cè)電機(jī)、逆變器溫度由溫度傳感器測(cè)量后，經(jīng)熱電偶放大器通過(guò)工控機(jī)內(nèi)部的采集卡傳遞給工控機(jī)；PLC的作用是防止在試驗(yàn)過(guò)程中上位機(jī)（工控機(jī)）出現(xiàn)問(wèn)題而造成測(cè)功機(jī)系統(tǒng)失控，從而保護(hù)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)，并增加系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，為了減輕信號(hào)干擾并增加系統(tǒng)的可靠性，PLC與逆變器和電池模擬器之間的通信采用了光纜通信。此外，控制系統(tǒng)還能滿足電機(jī)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的要求，即控制測(cè)功機(jī)提供一個(gè)模擬電動(dòng)車實(shí)際行駛工況的連續(xù)動(dòng)態(tài)負(fù)載，以在整車開發(fā)未完成之前，從整車應(yīng)用的角度實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的校驗(yàn)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所測(cè)量的參數(shù)及測(cè)量要求見表3，表中FS為設(shè)備滿量程讀數(shù)，sd為設(shè)備讀數(shù)值。

表3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量參數(shù)及設(shè)備列表

3.3 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

被測(cè)電機(jī)和測(cè)功機(jī)在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)的過(guò)程中，將時(shí)刻產(chǎn)生電流，供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)提高供電效率，避免電流回饋對(duì)電網(wǎng)造成諧波干擾至關(guān)重要。為此，提出了一種用于動(dòng)力電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)供電系統(tǒng)的全新設(shè)計(jì)理念——共直流母線技術(shù)，其原理如圖5所示。供電系統(tǒng)采用交直流電壓型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，集成電池模擬器，形成能量循環(huán)，使一個(gè)電機(jī)吸收并返回到直流母線的能量正好驅(qū)動(dòng)另一個(gè)電機(jī)工作，從而提高了能量利用率，減小了回饋電網(wǎng)的諧波干擾。在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，電網(wǎng)只需提供試驗(yàn)設(shè)備和被測(cè)電機(jī)系統(tǒng)消耗的部分電量，電壓波動(dòng)明顯減小。此設(shè)計(jì)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是電網(wǎng)預(yù)留的電量可以明顯減小，提高了能源利用效率；二是避免了對(duì)電網(wǎng)的干擾，節(jié)省了有源濾波器，降低了系統(tǒng)成本。

圖5 測(cè)功機(jī)供電系統(tǒng)原理圖

4 測(cè)試平臺(tái)驗(yàn)證

基于表1所示的測(cè)試項(xiàng)目，對(duì)搭建的測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行了驗(yàn)證。重點(diǎn)對(duì)測(cè)功機(jī)的堵轉(zhuǎn)角度控制、轉(zhuǎn)速控制、電池模擬器輸出電壓精度、電機(jī)轉(zhuǎn)矩精度、電機(jī)效率特性、電機(jī)循環(huán)工況驗(yàn)證、電機(jī)溫升等7個(gè)典型的功能進(jìn)行說(shuō)明。

4.1 堵轉(zhuǎn)角度控制功能驗(yàn)證

堵轉(zhuǎn)角度控制功能是車用動(dòng)力電機(jī)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的重要性能之一，主要用于驗(yàn)證在不同堵轉(zhuǎn)角度下，被測(cè)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性。由于電動(dòng)機(jī)具有在0轉(zhuǎn)速及低速情況下可輸出大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，因此多數(shù)電動(dòng)車取消了離合器，這導(dǎo)致電動(dòng)車與傳統(tǒng)汽車在起步時(shí)存在明顯差異。傳統(tǒng)汽車在起步時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)已有一定轉(zhuǎn)速，將變速器擋位由空擋換為1擋開始啟動(dòng)；而電動(dòng)車在電機(jī)驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，需要從0轉(zhuǎn)速啟動(dòng)，此時(shí)，電機(jī)在接近0轉(zhuǎn)速的情況下，就要輸出很大的轉(zhuǎn)矩。

為了測(cè)試動(dòng)力電機(jī)的起步功能，要求在各轉(zhuǎn)矩下，測(cè)功機(jī)在0～40 r/min時(shí)，轉(zhuǎn)速控制均勻，無(wú)停頓現(xiàn)象。因此，在測(cè)功機(jī)上設(shè)置堵轉(zhuǎn)機(jī)械裝置，將360°平均分成720個(gè)點(diǎn)，每0.5°作為一個(gè)步長(zhǎng)。測(cè)試時(shí)，先不對(duì)被測(cè)電機(jī)進(jìn)行任何控制，此時(shí)被測(cè)電機(jī)既沒(méi)有轉(zhuǎn)矩輸出也沒(méi)有轉(zhuǎn)速輸出。選定測(cè)功機(jī)角度，通過(guò)測(cè)功機(jī)本身的軸鎖機(jī)構(gòu)鎖定測(cè)功機(jī)，此時(shí)對(duì)被測(cè)電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)矩控制方式施加相應(yīng)的載荷。在電機(jī)施加轉(zhuǎn)矩的情況下，讓電機(jī)按照指令以0.5°的步長(zhǎng)緩慢旋轉(zhuǎn)，以測(cè)試測(cè)功機(jī)能否穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)試結(jié)果如圖6所示，實(shí)際測(cè)量最大偏差為-0.30°，滿足技術(shù)指標(biāo)要求（＜±0.5°），即完全能夠滿足電動(dòng)車起步功能測(cè)試的要求。

圖6 測(cè)功機(jī)堵轉(zhuǎn)角度偏差

4.2 測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)速控制功能驗(yàn)證

在電機(jī)特性測(cè)試時(shí)，測(cè)功機(jī)一般在轉(zhuǎn)速控制模式下工作，因此測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)速控制精度影響著電機(jī)性能測(cè)試的準(zhǔn)確程度。在各種載荷下，控制測(cè)功機(jī)從0 r/min開始運(yùn)轉(zhuǎn)至16 000 r/min，其中數(shù)據(jù)采集間隔為100 r/min。根據(jù)試驗(yàn)要求，測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)速精度應(yīng)不大于±0.02%FS，測(cè)試結(jié)果如圖7和圖8所示，0～16 000 r/min內(nèi)測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)速控制偏差小于3 r/min，控制精度均能滿足要求。

圖7 測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)速控制偏差值

圖8 測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)速控制精度

4.3 電池模擬器的輸出電壓精度驗(yàn)證

電池模擬器的輸出電壓精度是影響試驗(yàn)臺(tái)性能的另外一個(gè)重要因素。測(cè)試時(shí)，控制輸出電壓在0～650 V之間變化，其中數(shù)據(jù)采集間隔為50 V。測(cè)試結(jié)果如圖9所示，實(shí)際最大偏差0.74 V，滿足技術(shù)指標(biāo)要求（要求最大±1V DC）。

圖9 電池模擬器的電壓偏差值

4.4 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩精度測(cè)試功能驗(yàn)證

圖10 電機(jī)轉(zhuǎn)矩測(cè)量精度

電機(jī)轉(zhuǎn)矩是電機(jī)性能測(cè)試的基礎(chǔ)。測(cè)試時(shí)將測(cè)功機(jī)設(shè)為轉(zhuǎn)速模式，控制測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)速為10 r/min、100 r/min、500 r/min、1 000 r/min、1 500 r/min、2 000 r/min、2 500 r/min、3 000 r/min、3 500 r/min、…、10 000 r/min，在電機(jī)轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)以20 Nm為步長(zhǎng)控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，檢驗(yàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩精度是否符合要求。1 500 r/min下的測(cè)試結(jié)果如圖10所示，測(cè)試平臺(tái)能夠滿足電機(jī)轉(zhuǎn)矩精度測(cè)試的需求。

4.5 電機(jī)效率特性測(cè)試功能驗(yàn)證

電機(jī)的效率特性是整車廠選擇電機(jī)和整車控制系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵參數(shù)，也是測(cè)試平臺(tái)重點(diǎn)關(guān)注的測(cè)試項(xiàng)目，主要包括電機(jī)本體效率、電機(jī)逆變器效率和電機(jī)系統(tǒng)效率。為了充分驗(yàn)證該功能，以在用的一款電動(dòng)車電機(jī)為測(cè)試對(duì)象，測(cè)試時(shí)，設(shè)置冷卻水流量為 8 L/min，溫度為 20℃，電壓為 326 V，分別在轉(zhuǎn)速為 400 r/min、600 r/min、900 r/min、1 200 r/min、1 800 r/min、2 400 r/min、3 090 r/min、4 000 r/min、5 000 r/min、6 000 r/min，轉(zhuǎn)矩為 0 Nm、3 Nm、6 Nm、9 Nm、12 Nm、18 Nm、24 Nm、30 Nm、40 Nm、50 Nm、60 Nm、70 Nm、80 Nm、…、130 Nm 的情況下加載運(yùn)行，記錄每一工況下的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，母線電流和電壓等參數(shù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)處理后輸出相應(yīng)的效率，相關(guān)數(shù)值與廠家提供數(shù)據(jù)的最大偏差小于0.1%，控制系統(tǒng)輸出的效率特性如圖11～13所示，測(cè)試平臺(tái)能夠滿足電機(jī)效率特性測(cè)試的需求。

圖11 電機(jī)本體效率特性圖

圖12 控制器效率特性圖

圖13 電機(jī)系統(tǒng)效率特性圖

4.6 電機(jī)的循環(huán)工況測(cè)試功能驗(yàn)證

為了驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái)的動(dòng)態(tài)測(cè)試功能，通過(guò)控制系統(tǒng)將工況設(shè)定為NEDC工況，測(cè)試結(jié)果如圖14～15所示，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩均符合工況要求，測(cè)試平臺(tái)能夠滿足電機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)試的要求。

圖14 NEDC工況下電機(jī)轉(zhuǎn)矩測(cè)試值

圖15 NEDC工況下電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試值

4.7 電機(jī)系統(tǒng)溫升測(cè)試功能驗(yàn)證

電機(jī)系統(tǒng)溫升試驗(yàn)是電機(jī)耐久性試驗(yàn)的重要組成部分，因?yàn)殡姍C(jī)溫度是決定其能否長(zhǎng)時(shí)間正常工作的關(guān)鍵因素。測(cè)試時(shí)，需要分別在轉(zhuǎn)速為400 r/min、600 r/min、900 r/min、1 200 r/min、1 800 r/min、2 400 r/min、3 090 r/min、4 000 r/min、5 000 r/min、6 000 r/min，轉(zhuǎn)矩為 0 Nm、3 Nm、6 Nm、9 Nm、12 Nm、18 Nm、24 Nm、30 Nm、40 Nm、50 Nm、60 Nm、70 Nm、80 Nm、…、130 Nm的情況下加載運(yùn)行，等待溫升達(dá)到平衡，通過(guò)控制系統(tǒng)記錄溫升平衡時(shí)間，達(dá)到溫升穩(wěn)定時(shí)的冷卻液入水口溫度、電機(jī)本體溫度、絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）溫度以及逆變器輸出功率、電機(jī)輸出功率等。圖16為5 000 r/min時(shí)的電機(jī)系統(tǒng)溫度變化圖，測(cè)試過(guò)程中，冷卻水系統(tǒng)的溫度誤差控制范圍在±2 ℃內(nèi)。在此期間，由于冷卻液的溫度及流量控制精度存在一定誤差，導(dǎo)致IGBT的溫度在17 min時(shí)降低，但溫度變化幅度小于2 ℃，測(cè)試平臺(tái)能夠滿足電機(jī)溫升測(cè)試的要求。

圖16 電機(jī)系統(tǒng)溫度變化圖

5 結(jié)論

根據(jù)整車廠開發(fā)需求，對(duì)新能源汽車用動(dòng)力電機(jī)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)需求進(jìn)行了詳細(xì)分析，據(jù)此提出了測(cè)試平臺(tái)整體方案，完成了測(cè)功機(jī)選型，數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)開發(fā)、供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。依據(jù)測(cè)試需求對(duì)測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行了驗(yàn)證，并基于測(cè)功機(jī)的堵轉(zhuǎn)角度控制、轉(zhuǎn)速控制、電池模擬器輸出電壓精度、電機(jī)轉(zhuǎn)矩精度、電機(jī)效率特性、電機(jī)循環(huán)工況驗(yàn)證、電機(jī)溫升等7個(gè)典型功能進(jìn)行說(shuō)明。測(cè)試結(jié)果表明，所開發(fā)的車用動(dòng)力電機(jī)測(cè)試平臺(tái)可以滿足整車廠對(duì)動(dòng)力電機(jī)系統(tǒng)的測(cè)試需求，對(duì)車用動(dòng)力電機(jī)測(cè)試平臺(tái)的開發(fā)具有一定的借鑒意義。

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