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電動汽車驅動電機系統相關法規及試驗檢測技術

2016-12-26

一、驅動電機系統發展概況

(一)驅動電機工作工況

彩神官网電動汽車用驅動電機與常規工業用電機有很大的不同,電動汽車用驅動電機通常要求能夠頻繁地驅動/停車,加速/減速,制動/爬坡。工作工況非常復雜。

(二)驅動電機特點

寬廣的恒扭恒功率范圍,滿足汽車復雜的使用工況。起動扭矩大,過載能力強。滿足汽車的加速、超車、爬坡等要求。效率高,高效區廣,提高車輛的續駛里程。功率密度大,體積小,重量輕。有利于整車的輕量化和小型化 ,方便布置。環境適應性強和高可靠性,適應惡劣環境。能量回饋效率高,充分回收制動產生的電能。

(三)常用驅動電機類型對比

目前常用的電機有交流異步電機、開關磁阻電機、永磁同步電機。

/ 交流異步電機 開關磁阻電機 永磁同步電機
可靠性 很好 很好 較好
尺寸及重量 一般 小且輕 小且輕
運行性能特點 高速性能優運行效率較低 轉矩脈動大噪音振動大 低速轉矩大,響應快,運行效率高
成本(美元/kW) 8~10 6~10 10~15

(四)驅動電機發展概況

我國具有世界為豐富的稀土資源,車用驅動電機主要采用高性能永磁同步電機。

彩神官网目前常用的電控技術有矢量控制、直接轉矩控制。矢量控制,實現轉矩的控制,產品中采用查表和參數辨識的方法。控制技術較為成熟。直接轉矩控制,動態性能更加優越,但對電路和算法要求高。

驅動電機系統應用趨勢:驅動電機向高功率密度的方向發展,主要體現在三個方面:永磁同步電機應用越來越多,電壓等級不斷提高,轉速越來越高。控制器向高集成度,小型化,輕量化的方向發展。例如國內有些企業DC/DC,車載充電機,整車控制器集成在一起。電機控制器及驅動電機集成在一起。

二、驅動電機系統標準法規

(一)國內測試標準

彩神官网1)GB/T 18488.1~2-2015《電動汽車用驅動電機系統》(替代GB/T 18488.1~2-2006);

彩神官网2)GB/T 29307-2012《電動汽車電機系統可靠性試驗方法》;

彩神官网3)QC/T 893-2011《電動汽車用驅動電機系統故障分類及判斷》;

4)QC/T 896-2011《電動汽車用驅動電機接口》。

彩神官网其中GB/T 18488.1~2-2015為強制性檢測標準。

(二)國外測試標準

彩神官网1)JEVS?Z?107電動汽車電機及控制器綜合試驗方法;

2)UL1004-1旋轉電機通用要求;

3)IEC?69785電動道路車輛用旋轉電機(國際電工委員會);

4)ECE R85 用于驅動 M 類和N 類汽車的內燃機凈功率或電力驅動機構 30min;

彩神官网大功率測量認證的統一規定。

(三)國內外標準和測試方法比較

對比項目 中國 美國 歐洲 日本
標準強制情況 強制要求 非強制,可進行UL認證 強制要求 強制要求
測試項目 20多項,包括電機性能、溫升、電氣安全和保護功能、溫度、振動、鹽霧等環境適應性項目。 30余項,包括電機性能、溫升、電安全和保護功能、環境適應性等項目。 大功率測試(外特性)、30min大功率測試。 大功率測試(外特性)、1h大功率等項目。
說明 彩神官网中國:測試項目較多,對整車企業和電機企業的技術開發,有指導作用。美國:測試項目較多,更關注安規、保護和耐環境適應性。

歐洲、日本:僅要求30min或1h大功率,其他測試項目按照企業標準執行。

(四)GB/T 18488.1~2-2015與GB/T 18488.1~2-2006主要區別如下:

/ GB/T 18488.1~2-2006 GB/T 18488.1~2-2015
性能檢測 無高效區、控制精度、響應時間考核 增加高效區、控制精度、響應時間考核,要求測定電動和饋電MAP圖
電氣安全 無支撐電容放電考核,有接觸電流考核 增加支撐電容放電考核,無接觸電流考核
環境適應性 無高低溫貯存、高低溫工作、無隨機振動考核 增加高低溫貯存、高低溫工作,增加隨機振動(24h-66h)考核
可靠性 不要求考核 要求按照GB/T 29307-2012進行402h
其他 有振動、噪聲考核 無振動、噪聲考核(不再單獨考核)

三、驅動電機系統檢驗

(一)驅動電機系統檢驗項目

彩神官网性能檢測:轉矩-轉速特性(MAP圖)、溫升、堵轉、控制精度等。

電氣安全:安全接地、控制器保護功能、支撐電容放電時間。

環境適應性:高低溫、濕熱、鹽霧、防水防塵、振動。

可靠性:402h,考核電氣可靠性和機械可靠性(暫時未強制要求)。

電磁兼容:電磁輻射騷擾及抗擾性(暫時未強制要求)。

(二)性能檢測中常出現的問題:

1)溫升:溫升過高是影響功率密度、峰值功率、峰值轉矩輸出能力的主要因素。涉及流體力學和傳熱學等相關技術,需要對電機冷卻回路、電機溫度場及結構進行研究改進。

2)效率:部分企業電機的驅動效率較低、發電效率較低、高效區窄。效率是影響經濟性和溫升的主要因素。電機效率問題主要因為核心算法不夠完善、電機制造核心工藝的落后。

(三)環境適應性檢測中常出現的問題:

彩神官网1)鹽霧:電機和控制器進行鹽霧試驗48h后,恢復(1-2)h,通電檢查電機及控制器,會發生控制器打火或者電機冒煙、銹蝕等情況。原因是密封(尤其是線纜孔和插接件的部位)和表面防銹處理達不到要求,導致電機和控制器腐蝕或損壞絕緣。

2)防護等級:電機和控制器在防護等級試驗后,通電檢查不能繼續使用。原因是密封達不到要求,導致電機和控制器進水進塵絕緣損壞。

3)高低溫:控制器在高溫貯存和高溫工作試驗中,會損壞或暫時失效,也存在低溫下無法工作。風冷電機在高溫下會溫度過高。原因是控制器電子元器件工作溫度范圍達不到要求,額定參數標值過高。

4)耐振動:耐振動試驗(正弦振動和隨機振動)中,振動會導致電路板上引腳或元件損壞,導致振動后控制器無法工作。會導致電機繞組串動、絕緣損壞、鐵芯松散。原因是控制器焊接技術需要提高。電機裝配技術需要提高。

(四)EMC檢測中常出現的問題:

EMC:驅動電機及其控制器電磁輻射騷擾超出標準限值和抗擾性試驗時系統不能正常工作。存在控制器失控或失效,功率元件擊穿的情況。原因是電機的旋變(位置/轉速傳感器)會受到干擾,控制器弱電信號電路也會受到干擾。控制器發出開關頻率的傳導或輻射電磁波會干擾電動汽車其他電器部件的工作。

解決電磁兼容問題的一些方法:設計要點需注意降低源的電磁騷擾、切斷或消弱傳輸路徑和提高敏感設備抗擾度,處理方法為屏蔽、濾波和接地/搭接。

(五)可靠性檢測中常出現的問題:

可靠性試驗:耐久試驗中由于電應力、熱應力、機械應力,存在永磁體性能下降,電機繞組絕緣老化,電機軸承出現磨損等情況。控制器由于電應力,有IGBT擊穿等情況。

(六)標準中存在的問題:

1)EMC測試:標準中電磁輻射騷擾和電磁輻射抗擾性項目要求是驅動電機系統在運行中所產生的電磁輻射騷擾應符合產品技術文件規定。驅動電機系統在運行中規定較為寬泛,由于目前國內電磁兼容設備水平所限,大部分驅動電機電磁兼容項目是在空載下測試完成。實際情況不同帶載情況的電磁兼容測試結果差異較大。空載的測試結果不能準確反映車輛運行過程中電磁兼容情況。

彩神官网2)可靠性測試(GB/T 29307-2012)

試驗電壓 試驗轉速 循環時間
額定電壓 1.1*nN 320h
高工作電壓 1.1*nN 40h
低工作電壓 (低工作電壓/高工作電壓)*nN 40h
額定電壓 高工作轉速 2h

該標準可靠性試驗方式沒有區分混合動力、純電動等具體使用工況進行針對性的可靠性考核,統一采用同一種工況。

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