新能源汽車電驅動系統(電驅和電機是一個東西嗎)

2023-10-24 13:43:22

文/峰哥

驅動電機作為新能源汽車的源動力，其輸出性能指標直接關系到新能源汽車的續航里程和動力性能。在新能源汽車驅動電機研發過程中，為了準確評估驅動電機的設計方案、材料選型或制作工藝的優劣勢，對驅動電機的輸出性能進行精確測試顯得尤為重要。

為更好地研發新能源汽車驅動電機以及匹配新能源汽車動力性能，廣大的科研機構、驅動電機生產企業及新能源汽車廠陸續都建立了新能源汽車驅動電機測試系統。

目前，已有大量的科研工作者和從業者發表過有關新能源汽車驅動電機測試系統的文章，如文獻提出了新能源汽車驅動電機測試系統架構組成，文獻對電動汽車臺架試驗項目和方法進行介紹，并對電動汽車驅動系統可能出現的故障進行分析，提出相應診斷措施和解決方案。

文獻對電動汽車驅動電機系統標準及測試存在的挑戰進行分析，文獻介紹了不同效率測定的硬件系統和測試方法。但經過調研，目前介紹新能源汽車驅動電機性能測試精度相關的課題相對較少。

本文基于首鋼新能源汽車驅動電機實驗室的測試條件，從人、機、料、法、環、測６個方面，對可能影響新能源汽車驅動電機性能測試精度的因素進行梳理和分析，并給出提升新能源汽車驅動電機性能測試精度的建議。

首鋼新能源汽車驅動電機實驗室引進奧地利李斯特ＡＶＬ的設備和系統，配置有電池模擬器、濕熱環境倉、電機和控制器雙路溫控單元、冷凍水機組以及用于被試電機振動監測的三方向振動傳感器，關鍵測試儀器均選用行業內認可度較高的品牌和型號。

例如：功率分析選用日本橫河ＷＴ３０００Ｅ，扭矩傳感器選用德國ＨＢＭＴ４０Ｂ，電流霍爾傳感器選用瑞士ＬＥＭＩＴ７００－Ｓ。該新能源汽車驅動電機測試系統基本參數如表１所示。

此外，配置的ＡＶＬ測試系統能夠實時采集到測試間的狀態、測試設備的狀態以及被試電機和控制器的參數，并支持通過編制自動測試程序，實現無人值守的自動測試電機的轉矩、轉速特性以及效率、振動等指標參數。為了防止測功機變頻柜和電池模擬器所具有的強電對于被試電機控制信號、轉矩、轉速等弱電信號采集和傳輸的干擾。

以及為了營造一個良好的測試操作環境，該實驗室在布局上劃分為設備間、測試間和控制間，測試間如圖１所示。

首鋼的這套新能源汽車驅動電機測試臺架具有較好的軟硬件測試條件和環境，為新能源汽車驅動電機高精度測試提供了良好的基礎條件。

２.１人為因素分析和建議　

隨著測試技術的不斷發展，新能源汽車驅動電機測試系統的自動化程度逐漸提高，目前大部分的測試系統均支持自動測試電機的轉矩、轉速特性以及效率、振動等指標參數。但是在驅動電機的整個測試過程中，仍舊存在一些環節需要人工來完成。

這些由人工來完成的環節就可能會存在人為因素，對最終測試結果造成干擾。

２.１.１　手動安裝驅動電機至測試臺架環節

目前，驅動電機往測試臺架上進行對中和安裝環節，還必須是人工手動進行，手動將驅動電機安裝到測試臺架的示意圖如圖２所示。如操作人員未能以正確的方式進行安裝，使得電機與法蘭盤之間或法蘭盤與測試臺架之間未能牢固連接，則可能導致測試過程中驅動電機的振動值偏大。

建議操作人員嚴格按照對角緊固螺栓、打力矩等適當方式，將驅動電機通過法蘭盤牢固地安裝在測試臺架上，從而提升驅動電機在不同轉速和負載時的振動值檢測精度。

２.１.２手動標定轉速轉矩點最優參數環節

為了能夠挖掘出驅動電機在整個轉矩轉速范圍內的最佳性能，通常需要按照指定的轉速和轉矩間隔來標定驅動電機的最佳參數，目前這項工作通常需要人工手動來完成。

而該工作比較繁瑣，通常需要反復試驗多組參數才可能鎖定，使得指定轉速、轉矩點的性能達到最佳，并且還需要人工確認電機繞組溫度基本一致的前提下來標定參數。如操作人員匆忙或缺乏耐心、責任心，則比較容易出現未標定出最佳參數的現象。

建議針對手動標定過程，制定明確的所要標定最佳參數的辨識標準，并建立一定的監督管理機制，操作人員能夠嚴格依據標準完成各轉速、轉矩點的最佳參數標定。

２.２設備因素分析和建議　

新能源汽車驅動電機測試系統中，能夠影響測試精度的設備主要包括：與電機冷卻相關的水溫和水流量控制設備和儀器，涉及溫控單元、電磁流量計和壓力表，與轉速、轉矩和電參數檢測相關的扭矩傳感器、功率分析儀、霍爾傳感器、振動傳感器。

這些設備和儀表的運行狀態會直接影響到驅動電機的轉速、轉矩、功率、效率以及振動等性能的測試精度。

因此，針對以上提到的設備和儀器儀表，在測試過程中，建議通過在系統中監控水溫和水流量，監控溫控單元、電磁流量計和壓力表的狀態；并建議對扭矩傳感器、功率分析儀、霍爾傳感器、振動傳感器等儀器儀表，定期使用標樣進行期間核查以及委托專業機構進行校準。

２.３　來料因素分析和建議

２.３.１　轉接工裝

如上文所述，需要使用法蘭盤將驅動電機固定在測試臺架上，同時還需要轉接軸將驅動電機的轉軸與測功機的轉軸相聯接，轉接工裝示意圖如圖３所示。

如果法蘭盤和轉接軸存在問題，將使得驅動電機無法牢固地固定在測試臺架上，同時也可能因轉接軸與兩側的接口之間不匹配而出現頂軸或軸向竄動的現象，進而可能導致測試過程中驅動電機的振動值偏大。

建議在正式安裝驅動電機和測試之前，嚴格對驅動電機及其轉接工裝進行尺寸校核和上機匹配，從而避免驅動電機的測試結果受到影響，以及避免出現損壞設備的現象。

２.３.２　旋轉變壓器

新能源汽車的驅動電機大部分采用內置式永磁同步電機，配置有檢測轉子位置的旋轉變壓器。旋轉變壓器具有定子和轉子結構，通常情況下，旋轉變壓器的轉子采用過盈配合或者鍵槽緊配的方式固定在電機轉軸上。

如果采用過盈配合方式，建議過盈量應足夠大；如果過盈量偏小，則在電機出現過速、強沖擊、振動等異常現象時，旋轉變壓器的轉子位置可能會隨測試過程的進行而出現移位現象，進而導致驅動電機的測試精度變差。

建議盡量采用鍵槽緊配的方式，將旋轉變壓器的轉子牢固地約束在電機轉軸上，能夠有效地防止因旋轉變壓器的轉子位置出現移位而影響驅動電機的測試精度。

２.４　方法因素分析和建議

前面指出，如操作人員未能以正確的方式進行安裝，則可能導致測試過程中驅動電機的振動值偏大。因此，正確的安裝驅動電機的方法非常關鍵，建議如下：

首先，需要用在圓周方向均勻分布的螺栓將驅動電機出軸端的端面與法蘭盤連接在一起，螺栓數量通常為１２、１０、８或４，在此過程中，需要依據螺栓的型號來確定采用的最大扭矩，然后以二分之一扭矩和最大扭矩兩輪次，并采用對角打扭矩的方式緊固螺栓。

其次，用在圓周方向均勻分布的螺栓將帶一端與驅動電機連接的法蘭盤與測試臺架接口相連接，螺栓數量通常為１６、１２、１０或８，在此過程中，需要依據螺栓的型號來確定采用的最大扭矩，然后以三分之一扭矩、三分之二扭矩和最大扭矩三輪次，并采用對角打扭矩的方式緊固螺栓。經過以上兩個步驟，將驅動電機牢固地安裝到測試臺架上。

２.５　環境因素分析和建議

驅動電機試驗時的環境溫度和濕度會影響到驅動電機的散熱效果，進而影響到驅動電機的繞組、鐵心以及永磁體的溫升大小，最終影響到驅動電機的測試精度。國標ＧＢ／Ｔ１８４８８.２－２０１５《電動汽車用驅動電機系統第２部分試驗方法》中對試驗環境條件進行了明確規定：溫度：１８℃～２８℃；相對濕度：４５％～７５％。

因此，建議在新能源汽車驅動電機實驗室，配置可將測試環境調控到上述溫度和濕度指標要求的空調和加濕器。

２.６　轉矩零漂影響因素和建議

驅動電機試驗時，由于電機自身機械、電磁因素，或測試臺架的機械、轉矩傳感器等因素的影響，使得電機在斷開三相動力線的情況下，測試臺架的轉矩傳感器也顯示一定的轉矩數值，這種現象稱為電機轉矩零漂，會使得電機各轉速下的轉矩、功率和效率發生偏差。

因此，有必要對轉矩進行零漂修正，修正方法如下：

將驅動電機的三相動力線斷開，在規劃的各個測試效率的轉速點，利用測試臺架對驅動電機進行反拖，測試各個測試效率的轉速點的正反轉的拖拽轉矩，并計算各轉速點的零漂轉矩Ｔ０：

式中：Ｔ＋、Ｔ－分別為正轉拖拽轉矩和反轉拖拽轉矩。

則修正后的轉矩和功率：

式中：ω、Ｔ為電機測試系統測量的電機轉速和轉矩。

２.７　線損影響因素和建議

驅動電機試驗時，由于空間布置的限制或需要，直流母線以及三相動力線通常具有一定的長度，進而產生一定的線路損耗，簡稱線損，會影響到系統效率和控制器效率的計算。線損的計算方法：

式中：Ｒ母線、Ｒ三相線分別為母線和三相線的電阻；ＩＤＣ、ＩＡＣ分別為母線直流電流值和三相線的交流電流有效值；ｐＤＣ母線、ｐＡＣ母線分別為母線和三相線的線損。

本文基于首鋼新能源汽車驅動電機實驗室的測試條件和實踐，從安裝驅動電機至測試臺架環節、標定轉速轉矩點最優參數以及測試過程中的誤差和損耗的角度。