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新能源汽車電動機及控制器測試

     隨著環(huán)境污染與能源危機問題的日益嚴峻，純電動汽車、混合動力汽車和燃料 電池汽車等新能源汽車成為了世界各國研發(fā)的熱點。純電動汽車作為新能源汽車的 重點發(fā)展方向，動力電池、電動機及控制器的性能是其技術(shù)的核心?；旌蟿恿ζ?中燃油系統(tǒng)與電驅(qū)系統(tǒng)并存，在供電系統(tǒng)的運行模式及動力系統(tǒng)的控制上則更加復(fù) 雜，其下還有增程汽車、插電混合動力汽車等細分概念。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、動力電池供電、高動力需求等特點，使得新能 源汽車中的電動機及控制器的測試方法與普通電機相比有較大區(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) 純電動汽車中由動力電池提供高壓直流電，經(jīng)控制器驅(qū)動電機產(chǎn)生動力。電機 的典型型式有異步電機、永磁同步電機、開關(guān)磁阻電機等。電機控制器包括逆變器 及控制器功能，負責(zé)動力電池與電機之間的能量傳輸，并接受整車控制器 VCU 的 控制。

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

  以混聯(lián)混合動力系統(tǒng)為例，兩種動力單元既可以各自獨立驅(qū)動汽車，也可以協(xié) 同合作。發(fā)動機可以在與電動機共同工作時通過發(fā)電機為動力電池充電。在啟動、 上坡、制動、下坡等不同運行工況下，考慮電池組的剩余容量狀態(tài)，電機控制器對 電機及動力電池運行狀態(tài)進行相應(yīng)的控制。在一些混動系統(tǒng)中，發(fā)電機與電動機集 成為一臺電機，電機及控制器系統(tǒng)需反復(fù)在兩種狀態(tài)間切換。 燃料電池與其說是一種電池，不如說是一個發(fā)電設(shè)備。因其啟動性能較差，目 前的一個主流研究方向是形成燃料電池+儲能電池或者燃料電池+超級電容的混合 發(fā)電系統(tǒng)?？刂破饕瓿扇剂想姵仳?qū)動電動機、儲能電池驅(qū)動電動機的 DC-AC 控 制，也要完成能量回饋時向儲能部分充電的功能。

  二、測試要求 國內(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力系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)集成測試能力、電子電控測試系統(tǒng)功能測試能力；對于零部件廠商來說， 這一塊的測試開發(fā)能力也是重中之重，包括型式試驗及出廠測試等。 電動汽車用電機及控制器的測試標(biāo)準(zhǔn)遵循國標(biāo)《GB-T18488 電動汽車用電機及 其控制器》，試驗項目包括一般性能、環(huán)境試驗、溫升試驗、電機轉(zhuǎn)矩特性及效 率、再生能量回饋特性等測試。主要試驗內(nèi)容：空載試驗、負載效率試驗、堵轉(zhuǎn)試驗、電機溫度、電機溫升、過載能力試驗、最高工作轉(zhuǎn)速、超速試驗、電機控制器 保護試驗等。 目前常見的電機測試系統(tǒng)有兩種：1、測功機系統(tǒng)；系統(tǒng)包括前段供電測試直 流電源（電池模擬器），測功機，變頻器，測試所需儀器儀表等。2、電機對拖測試 系統(tǒng)；系統(tǒng)包括前段供電測試直流電源（電池模擬器），陪測電機電控，測試所需 儀器儀表等。測試裝置中電機控制器電源部分可采用雙象限直流電源或直流電源加 直流負載的形式。測試用電源部分的性能及可靠性直接決定了系統(tǒng)的實驗?zāi)芰?因 此對電源有如下要求： 1、電源輸出具有快速的動態(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間高達 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 載產(chǎn)品線及測試系統(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。 3、電源應(yīng)具有較高的輸出精度，IT6500 系列最大電壓精度達 0.05%+30mV，可以輕松滿足測試系統(tǒng)的精度要求。 4、電源應(yīng)具有雙象限特性，能夠吸收電機反饋的電能。IT6500C 直流電源搭 載功率耗散器具有雙象限無縫切換功能，有效避免電壓或電流過沖。 5、滿足標(biāo)準(zhǔn)中對電機及其控制器試驗中對電源的要求，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)動車輛運行的能量被消 耗在制動過程中。若能對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) 濟性。電驅(qū)動汽車的制動能量回收，又稱回饋制動或再生制動，是指在減速或制動 過程中， 驅(qū)動電機工作于發(fā)電狀態(tài)， 將車輛的部分動能轉(zhuǎn)化為電能儲存于電 池， 同時施加電機回饋轉(zhuǎn)矩于驅(qū)動軸，對車輛進行制動。該技術(shù)的應(yīng)用一方面增 加了電驅(qū)動車輛一次充電的續(xù)駛里程，另一方面減少了傳統(tǒng)制動器的磨損， 同時 還改善了整車動力學(xué)的控制性能。因此，研究制動能量回收集成化技術(shù)具有重要意 義和廣闊的前景 電機的正反轉(zhuǎn)和車的前進倒退狀態(tài)是鎖定的，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于期望的轉(zhuǎn)速時即制動 時，通過變流器改變了勵磁電流的導(dǎo)通相位，電機輸出負轉(zhuǎn)矩，使車速降低，這時 偏高的轉(zhuǎn)速導(dǎo)致的反電勢超過控制器的輸出電壓，電機進入發(fā)電狀態(tài)。前進制動 時，電機正轉(zhuǎn)，可以發(fā)電；后退制動時，電機反轉(zhuǎn)，同樣可以發(fā)電。如果設(shè)計不好 的話，高速運行時產(chǎn)生的反電勢可能會超過控制器和電機的設(shè)計耐壓，導(dǎo)致零部件 的損壞，所以在電動機及控制器測試中，再生能量回饋功能也是重要的一項。

   再生能量回饋功能測試中，可利用陪測電機作為原動機帶動待測電動機運行于 發(fā)電狀態(tài)，控制器接 125%額定電壓的電源，在不同轉(zhuǎn)速下進行性能測試。在車輛 制動工況下，回饋電壓電流的控制一方面需考慮使電機發(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)，另一方面實施能量回饋后的制動加 速度、加速度變化率等制動感覺要與常規(guī)汽車相仿，駕駛感柔順。因此回饋電壓電 流曲線不是簡單的恒壓或恒流方式，而是由控制器按控制策略進行調(diào)節(jié)，要求測試 電源具備雙象限電流能力，能匹配動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 100kW，高達 1000V、1200A 輸出范圍，搭配功率耗散器可將吸收電流能力擴展到 100%，功率 吸收擴展 300%，是新能源電動車電動機及控制器測試的最佳選擇。