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新能源汽車電動(dòng)機(jī)及控制器測(cè)試

     隨著環(huán)境污染與能源危機(jī)問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料 電池汽車等新能源汽車成為了世界各國(guó)研發(fā)的熱點(diǎn)。純電動(dòng)汽車作為新能源汽車的 重點(diǎn)發(fā)展方向，動(dòng)力電池、電動(dòng)機(jī)及控制器的性能是其技術(shù)的核心?；旌蟿?dòng)力汽車 中燃油系統(tǒng)與電驅(qū)系統(tǒng)并存，在供電系統(tǒng)的運(yùn)行模式及動(dòng)力系統(tǒng)的控制上則更加復(fù) 雜，其下還有增程汽車、插電混合動(dòng)力汽車等細(xì)分概念。而燃料電池車技術(shù)在全球 還屬于起步階段。雙象限工作模式、動(dòng)力電池供電、高動(dòng)力需求等特點(diǎn)，使得新能 源汽車中的電動(dòng)機(jī)及控制器的測(cè)試方法與普通電機(jī)相比有較大區(qū)別。艾德克斯致力 于提供新能源行業(yè)的測(cè)試解決方案，有 IT8900、IT6500 等多款高性能產(chǎn)品可供選 擇。 一、 新能源汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 純電動(dòng)汽車中由動(dòng)力電池提供高壓直流電，經(jīng)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力。電機(jī) 的典型型式有異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等。電機(jī)控制器包括逆變器 及控制器功能，負(fù)責(zé)動(dòng)力電池與電機(jī)之間的能量傳輸，并接受整車控制器 VCU 的 控制。

  混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)與電池系統(tǒng)的關(guān)系，可以分為串聯(lián)型、并 聯(lián)型以及混聯(lián)型。插電式混動(dòng)汽車則增大了動(dòng)力電池的容量，并配置了車載充電 機(jī)。

  以混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)為例，兩種動(dòng)力單元既可以各自獨(dú)立驅(qū)動(dòng)汽車，也可以協(xié) 同合作。發(fā)動(dòng)機(jī)可以在與電動(dòng)機(jī)共同工作時(shí)通過(guò)發(fā)電機(jī)為動(dòng)力電池充電。在啟動(dòng)、 上坡、制動(dòng)、下坡等不同運(yùn)行工況下，考慮電池組的剩余容量狀態(tài)，電機(jī)控制器對(duì) 電機(jī)及動(dòng)力電池運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的控制。在一些混動(dòng)系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)集 成為一臺(tái)電機(jī)，電機(jī)及控制器系統(tǒng)需反復(fù)在兩種狀態(tài)間切換。 燃料電池與其說(shuō)是一種電池，不如說(shuō)是一個(gè)發(fā)電設(shè)備。因其啟動(dòng)性能較差，目 前的一個(gè)主流研究方向是形成燃料電池+儲(chǔ)能電池或者燃料電池+超級(jí)電容的混合 發(fā)電系統(tǒng)。控制器要完成燃料電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的 DC-AC 控 制，也要完成能量回饋時(shí)向儲(chǔ)能部分充電的功能。

  二、測(cè)試要求 國(guó)內(nèi)的新能源汽車準(zhǔn)入要求中明確規(guī)定了整車廠須具備動(dòng)力系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)集成測(cè)試能力、電子電控測(cè)試系統(tǒng)功能測(cè)試能力；對(duì)于零部件廠商來(lái)說(shuō)， 這一塊的測(cè)試開發(fā)能力也是重中之重，包括型式試驗(yàn)及出廠測(cè)試等。 電動(dòng)汽車用電機(jī)及控制器的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)遵循國(guó)標(biāo)《GB-T18488 電動(dòng)汽車用電機(jī)及 其控制器》，試驗(yàn)項(xiàng)目包括一般性能、環(huán)境試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性及效 率、再生能量回饋特性等測(cè)試。主要試驗(yàn)內(nèi)容：空載試驗(yàn)、負(fù)載效率試驗(yàn)、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)、電機(jī)溫度、電機(jī)溫升、過(guò)載能力試驗(yàn)、最高工作轉(zhuǎn)速、超速試驗(yàn)、電機(jī)控制器 保護(hù)試驗(yàn)等。 目前常見的電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)有兩種：1、測(cè)功機(jī)系統(tǒng)；系統(tǒng)包括前段供電測(cè)試直 流電源（電池模擬器），測(cè)功機(jī)，變頻器，測(cè)試所需儀器儀表等。2、電機(jī)對(duì)拖測(cè)試 系統(tǒng)；系統(tǒng)包括前段供電測(cè)試直流電源（電池模擬器），陪測(cè)電機(jī)電控，測(cè)試所需 儀器儀表等。測(cè)試裝置中電機(jī)控制器電源部分可采用雙象限直流電源或直流電源加 直流負(fù)載的形式。測(cè)試用電源部分的性能及可靠性直接決定了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?因 此對(duì)電源有如下要求： 1、電源輸出具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性（突加載，突減載，充放電轉(zhuǎn)換等）， 艾德克斯 IT6500 系列最小電壓上升時(shí)間高達(dá) 3ms，可以滿足各種工況要 求。 2、電源的高可靠性和穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)換效率，艾德克斯電子具有廣泛的電源及負(fù) 載產(chǎn)品線及測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)品，在產(chǎn)品穩(wěn)定性及可靠性方面有著明顯優(yōu)勢(shì)。 3、電源應(yīng)具有較高的輸出精度，IT6500 系列最大電壓精度達(dá) 0.05%+30mV，可以輕松滿足測(cè)試系統(tǒng)的精度要求。 4、電源應(yīng)具有雙象限特性，能夠吸收電機(jī)反饋的電能。IT6500C 直流電源搭 載功率耗散器具有雙象限無(wú)縫切換功能，有效避免電壓或電流過(guò)沖。 5、滿足標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電機(jī)及其控制器試驗(yàn)中對(duì)電源的要求，應(yīng)符合車輛用電池的 電壓電流特性，電源輸出阻抗應(yīng)與電池阻抗盡可能相等。IT6500C 直流電 源具有輸出阻抗可調(diào)功能，相比普通直流源能更精準(zhǔn)的匹配電池模擬需 求。

  三、再生能量回饋功能 在城市工況下行駛的汽車大約有 1 /3 到 1 /2 用于直接驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行的能量被消 耗在制動(dòng)過(guò)程中。若能對(duì)這部分耗散的能量加以回收利用，可大大提高整車能量經(jīng) 濟(jì)性。電驅(qū)動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回收，又稱回饋制動(dòng)或再生制動(dòng)，是指在減速或制動(dòng) 過(guò)程中， 驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)， 將車輛的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存于電 池， 同時(shí)施加電機(jī)回饋轉(zhuǎn)矩于驅(qū)動(dòng)軸，對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)。該技術(shù)的應(yīng)用一方面增 加了電驅(qū)動(dòng)車輛一次充電的續(xù)駛里程，另一方面減少了傳統(tǒng)制動(dòng)器的磨損， 同時(shí) 還改善了整車動(dòng)力學(xué)的控制性能。因此，研究制動(dòng)能量回收集成化技術(shù)具有重要意 義和廣闊的前景 電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和車的前進(jìn)倒退狀態(tài)是鎖定的，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于期望的轉(zhuǎn)速時(shí)即制動(dòng) 時(shí)，通過(guò)變流器改變了勵(lì)磁電流的導(dǎo)通相位，電機(jī)輸出負(fù)轉(zhuǎn)矩，使車速降低，這時(shí) 偏高的轉(zhuǎn)速導(dǎo)致的反電勢(shì)超過(guò)控制器的輸出電壓，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)。前進(jìn)制動(dòng) 時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，可以發(fā)電；后退制動(dòng)時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，同樣可以發(fā)電。如果設(shè)計(jì)不好 的話，高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的反電勢(shì)可能會(huì)超過(guò)控制器和電機(jī)的設(shè)計(jì)耐壓，導(dǎo)致零部件 的損壞，所以在電動(dòng)機(jī)及控制器測(cè)試中，再生能量回饋功能也是重要的一項(xiàng)。

   再生能量回饋功能測(cè)試中，可利用陪測(cè)電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)待測(cè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于 發(fā)電狀態(tài)，控制器接 125%額定電壓的電源，在不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)行性能測(cè)試。在車輛 制動(dòng)工況下，回饋電壓電流的控制一方面需考慮使電機(jī)發(fā)電效率、逆變器工作效 率、蓄電池充電效率等電氣參數(shù)保持在高效區(qū)，另一方面實(shí)施能量回饋后的制動(dòng)加 速度、加速度變化率等制動(dòng)感覺要與常規(guī)汽車相仿，駕駛感柔順。因此回饋電壓電 流曲線不是簡(jiǎn)單的恒壓或恒流方式，而是由控制器按控制策略進(jìn)行調(diào)節(jié)，要求測(cè)試 電源具備雙象限電流能力，能匹配動(dòng)力電池組的高電壓及大電流，而且有較高的精 度及良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。 艾德克斯 IT6500 寬范圍大功率可編程直流電源最大功率達(dá) 100kW，高達(dá) 1000V、1200A 輸出范圍，搭配功率耗散器可將吸收電流能力擴(kuò)展到 100%，功率 吸收擴(kuò)展 300%，是新能源電動(dòng)車電動(dòng)機(jī)及控制器測(cè)試的最佳選擇。