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横河测试测量YOKOGAWA电动汽车三合一电驱动系统效率测试
2021-03-02 15:46:28· 来源：横河测试测量
1. 电动汽车的三合一电驱动系统最近几年，以电动汽车为代表的新能源汽车发展迅速，它最核心的部分就是电机驱动系统，包括电池，控制器，电机和后端的传动系统。
1. 电动汽车的三合一电驱动系统
最近几年，以电动汽车为代表的新能源汽车发展迅速，它最核心的部分就是电机驱动系统，包括电池，控制器，电机和后端的传动系统。
在电动汽车发展初期，各个部件之间相互独立，例如控制器是独立的部件，从电池获得直流功率，转换成交流功率输出到电机，部件之间通过母线电缆连接。这种结构比较容易实现，也便于部件维护。
但是其弊端也是比较明显的，独立部件的电驱动系统不仅增加了车的自重，占用了较多的车内空间，而且母线上的高压也会产生电磁干扰，同时成本也很难降低。
随着部件性能可靠性的逐渐成熟，电驱动系统集成化的趋势开始出现。最近越来越多的厂商推出了三合一的电驱动系统，即是将控制器、电机和减速器集成在一起。一些轮毂电机系统就是采用这样的集成方案。
三合一电驱动系统的优势比较明显：
1. 体积小，重量轻，有利于提升整车的舒适性和续航里程。
2. 母线内置，最大限度地降低电磁干扰。
3. 降低车企成本，包括采购成本、开发测试成本等。
图表1 三合一电驱动系统（图片来自网络）
2. 三合一电驱动系统的测试
三合一电驱动系统属于比较新的架构，其效率测试的方法也与传统的效率测试有一定的区别。
传统的电机驱动系统效率评估，需要测量电池的DC输出功率，电机控制器的AC输出功率，以及电机的机械功率，然后获得电机控制器的效率、电机的机械效率以及整个驱动系统的整体效率。对于单电机系统来说，需要1个DC+3个AC的电功率测量，以及一组扭矩转速的测量。
图表 2 单电机测试系统
如果是多电机系统，则需要至少7个电功率测量以及多个扭矩转速的测量。这时往往需要多台功率分析仪同步使用才能完成效率测试。
图表3 双电机系统
而三合一电驱动系统具有很高的集成度，不需要对控制器输出的AC功率进行测量，也无法直接测试电机的机械功率。对于三合一系统来说，需要测量的只是来自电池的直流输入功率，以及减速器输出的机械功率。所以从某种程度上来说，三合一系统的效率测试更加简单了。
但是，三合一电驱动系统往往会将机械功率输出分配给多个车轮，实现每个车轮不同的扭矩分配。这种情况下，就需要多个扭矩转速信号的输入，才能更好的评估整个系统的效率。
图表4 多扭矩的三合一电驱动系统
所以，三合一电驱动系统效率测试的特点总结起来就是：单一的电功率输入+多个机械功率输出。当然，相较于整车厂商而言，三合一电驱动系统的厂商在开发初期仍然要对控制器效率和电机效率进行评估，需要采用传统的效率测试方法。
对于三合一电驱动系统的效率测试，横河公司最新的旗舰功率分析仪WT5000是一个非常理想的测试工具。
WT5000的主要特点：
- 业界最高功率精度等级：DC: ±(读数的0.02%+量程的0.05%)
44Hz~66Hz: ±(读数的0.01%+量程的0.02%)
- 频率带宽：DC, 0.1Hz ~10MHz(电压）
- 采样率：最高10MS/s (18bit)
- 功率输入单元：模块化7单元
- 最多同时进行4组电机评价
WT5000具有业界最高的功率精度等级，这是准确进行效率测试最基本的前提条件。除此之外，WT5000最多支持7组电功率输入单元，用户可以自由配置，灵活应对传统效率测试以及三合一电驱动系统的效率测试。单台WT5000除支持7组电功率输入之外，还可以同时评价4组扭矩转速信号，进行多电机、多扭矩测量完全没有压力。
示例
采用4个三合一轮毂电机的四驱系统，使用一台WT5000就可以完美进行效率测试。
最后提醒一下，有些测试系统在进行多电机或多扭矩系统的测试时，往往将电机扭矩转速信号直接传输到上位系统中，通过计算得到机械功率，再从功率分析仪得到电功率，从而计算出系统效率。
这是一种妥协的办法，如果处理不当会产生一定的误差。因为电功率和机械功率分别由不同的设备采集和计算，很难保证二者的同步性，当系统处于加速或者减速状态时，功率波动较大，如果电功率和机械功率的计算不同步，效率值就会出现不合理的情况。
最佳的解决办法就是，电功率和机械功率都在同一台功率分析仪上进行采集和计算。WT5000可以满足这样的要求，保证7组电功率和4组机械功率同步测量，获得值得信赖的效率结果。
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