电动汽车驱动电机系统标准解读

0  引言

经过20年的研究，我国驱动电机系统取得了耀眼的成就，同时也建立起比较完善的驱动电机系统的标准体系。

本文在总结我国目前驱动电机系统标准的构成以及各标准之间的关系的基础上，对核心标准GB/T 18488-2015进行解读，并提出不足之处和修订建议。

1  我国驱动电机系统标准的构成及各标准之间的关系

表1为目前驱动电机系统标准一览表和作用。

表1 驱动电机系统标准一览表和作用

在以上12件标准中，GB/T 18488.1和GB/T 18488.2是纲领性标准，是驱动电机系统设计、试验、验收和使用以及认证试验的依据。QC/T 1068和QC/T 1069为GB/T18488.1的补充，QC/T 1068、QC/T 1069、GB/T 29307、GB/T 36282和QC/T 1132-2020为GB/T18488.2的补充。而QC/T893作为故障分类和可靠性分析的基础，QC/T 896用于规范驱动电机系统的接口标准，GB/T 38090-2019和GB/T 34215-2017为驱动电机两个重要材料的标准。QC/T 1132-2020可用于GB/T 18488.2中噪声测量方法，中国汽车工程学会的团体标准T/CSAE 176-2021可以用于GB/T 18488.1和GB/T 18488.2的有关噪声限值和测量。

2  GB/T 18488-2015的解读

2.1 总则

GB/T 18488分为两部分，即：

1）  GB/T 18488.1-2015 电动汽车用驱动电机系统 第1部分：技术条件

2）  GB/T 18488.2-2015 电动汽车用驱动电机系统 第2部分：试验方法

其中GB/T 18488.1规定了电动汽车用驱动电机系统的工作制、电压等级、型号命名、要求、检验规则及标志与标识等，适用于电动汽车用驱动电机系统、驱动电机、驱动电机控制器。该标准共有7章和2个附录。

GB/T 18488.2规定了电动汽车用驱动电机系统试验用的仪器仪表、试验准备及各项试验方法，适用于电动汽车用驱动电机系统、驱动电机、驱动电机控制器。该标准共有10章和1个附录。

2.2  技术要求

技术要求作为试验项目验收的判别依据，每一个试验项目均有相应的技术要求。在GB/T 18488.1、QC/T 1068和QC/1069中规定了驱动电机系统的试验项目及对应的技术要求。

GB/T 18488.1-2015第5章共提出了49项要求。这些要求按属性分为一般性项目、温升、输入输出特性、安全性、环境适应性和可靠性共六类。按适用的对象可归属于驱动电机、电机控制器或者驱动电机系统，其中归属于驱动电机的33 条；归属于电机控制器的37条，归属于驱动电机系统的36条。表2给出这些要求适用的部件。

表2 技术要求适用的对象

概括来说，在GB/T 18488.1的49项要求具体可分为以下几种情形：

1)属于由供需双方协商确定或由产品技术条件规定的22项，包括：①质量（5.2.3）；②电机定子绕组冷态直流电阻（5.2.6）；③所有的输入输出特性，计 18项（5.4）；④电磁兼容性2项（5.6.7），但GB/T 36168已给出了具体量化指标。

2)依据GB 755-2008《旋转电机 定额和性能》及其他工业电机标准而提出的驱动电机的要求有7项，即：①电机定子绕组对机壳的绝缘电阻（5.2.7.1）；②电机定子绕组对温度传感器的绝缘电阻(5.2.7.2)；③电机绕组的匝间冲击耐电压(5.2.8.1)；④电机绕组对机壳的工频耐电压(5.2.8.2.1)；⑤电机绕组对温度传感器的工频耐电压(5.2.8.2.2)；⑥超速（5.2.9）；⑦温升（5.3）。

3)根据QC/T 413-2002《汽车电气设备基本技术条件》并结合驱动电机系统特点而制定的要求有1项，即耐振动（5.6.4）；

4)根据驱动电机系统的特点而制定，除上述要求之外其余的要求均属于这种类型。

在QC/T 1068中，对异步驱动电机提出了以下两种要求:①空载特性；②堵转特性。这两项要求用于验证驱动电机性能的一致性，具体试验方法和容差均按GB/T 25123.2的规定。

在QC/T 1069中，对永磁同步驱动电机提出了如下七种要求：①初始位置角度；②最大空载反电势限值；③空载反电势容差；④齿槽转矩；⑤电机的空载损耗；⑥稳态短路电流限值；⑦永磁体老化退磁。其中空载反电势容差为±5%，永磁体老化退磁要求是在可靠性试验后，退磁不应超过±5%，其余要求均是“由产品技术文件规定”；QC/T 1069对永磁驱动电机系统提出了如下两种要求：①脉动转矩；②驱动电机系统的空载损耗，这些要求均是“由产品技术文件规定”。

2.3 试验项目

试验项目是为了验证要求而设置。根据驱动电机系统的供应形态，将驱动电机系统按系统和部件（驱动电机和电机控制器）解耦，其中驱动电机分为异步驱动电机和永磁同步驱动电机。表3、表4、表5和表6分别给出了电机控制器、异步驱动电机、永磁同步驱动电机和驱动电机系统的试验项目。在试验类别中，T代表型式检验，R代表出厂检验。

驱动电机及电机控制器的试验侧重于试验其本体。而驱动电机系统的试验侧重于系统级。只有当电机和控制器组合在一起才能进行驱动电机系统试验，包括温升、特性试验等。严格来讲，只有电机和控制器通过其型式检验后才能进行系统的组合试验。有些试验项目，如温升、特性试验等只有在组合试验时才能进行。

表3 电机控制器的试验项目

表4 异步驱动电机的试验项目

表5 永磁同步驱动电机的试验项目

表6 驱动电机系统的试验项目

2.4  检验规则

检验规则包括试验分类、相关试验的条件、抽样规则及试验判定原则。

根据GB/T 18488.1的规定，试验分为型式检验和出厂检验。

出厂检验用于验证产品的一致性，每套驱动电机系统均应进行出厂检验。

型式检验用于验证新设计的驱动电机系统是否满足设计的技术条件，属于产品的定型试验。在下列条件之一时应进行型式检验：

a)   新产品、或老产品转厂生产时；

b)   正式生产后，如结构、材料、工艺有较大改变，可能影响产品性能时；

c)   正常生产2年应周期性进行一次检验；

d)   产品长期停产后，恢复生产时；

e)   出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时；

f)   国家质量监督机构提出进行型式检验的要求时。

型式检验从出厂检验合格的产品中抽取。送样数量为3套，其中2套供型式检验，另1套保存备用。

表7为型式检验结果的评定标准。

表7 型式检验结果的评定标准

2.5  试验方法

试验方法是指为完成所要进行的试验项目所采取的试验手段，按照GB/T 18488.2-2015,试验方法可分成试验前的准备和具体项目的试验方法。

试验前的准备工作包括：试验环境条件（4.1）、试验仪器的选择（4.2）、试验电源（4.3）、布线（4.4）、冷却装置(4.5和信号屏蔽（4.6）。

GB/T 18488.2-2015的第5章～第10章规定了前述六类试验项目的具体试验方法，主要包括试验配置、所采用的仪器、试验流程和试验判据等。

3  GB/T 18488-2015的不足

与前两版相比，尽管GB/T 18488.1-2015改进了不少，对促进和规范我国驱动电机系统的发展起到了积极作用，但在实际应用尚存在不足，具体包括：

1）标准架构不清

GB/T 18488涉及的是驱动电机系统的驱动电机系统，严格意义上讲，应该将驱动电机系统（包括驱动电机与电机控制器）做成一个黑箱（系统）看待，只涉及系统的输入和输出等特性。但在GB/T 18488中将驱动电机系统、驱动电机和电机控制器没有层次性地放在一起，显得很凌乱、条理不清。

并且按目前的供应形态，驱动电机系统、驱动电机、电机控制器可以为一家公司提供，也可以由三家公司分别提供。这样，当驱动电机系统、驱动电机、电机控制器不是一家公司提供时，驱动电机系统供应商较难利用该标准对驱动电机或者电机控制器提出要求并予以验收。

2）“技术要求”定性要求过多

标准的一个很重要的作用是对技术要求定量化规定，作为用户和制造商共同执行的准则。但在GB/T 18488.1-2015中的49个要求，有22个是“由供需双方协商确定或由产品技术条件规定”。这样给标准的执行带来很多不确定性。如目前无论整车厂，还是零部件厂家对驱动电机系统，特别是驱动电机的噪声考核非常严苛，但目前没有一个评判标准来指导涉及和验收。

3）试验项目的欠缺

尽管GB/T 18488-2015从49个方面规定了驱动电机系统的要求和试验项目，但这些试验项目不足以全面验证和考核驱动电机系统的性能。缺失的试验项目包括：

a)   驱动电机：相对来说，驱动电机的试验项目较全，但缺失振动试验、多种工况下的温升试验、流阻特性试验等。

b)   电机控制器：相对来说，电机控制器的试验项目略显不足，包括缺失单独验证电机控制器的相关试验。

c)   环境试验性项目：在GB/T 18488中，环境适应性试验项目仅有7项，其中还包括电磁兼容性试验。这几项试验不足以验证驱动电机系统对全侯性的环境条件的适应性。

d)   安全性试验项目：在GB/T 18488中，只有3项安全性试验，没有涵盖GB 18384-2020《电动汽车安全要求》对驱动电机系统的要求，即使对于驱动电机，也没有涵盖GB 14711-2013《中小型旋转电机通用安全要求》所规定的试验项目。

4）试验方法的不可操作性

在试验方法中，从试验仪器的采用、测量准确度的要求以及试验流程等方面存在不少的歧义以及不可操作性的条款。

5）可靠性试验理论基础不足

GB/T 18488-205关于可靠性的试验引用的是GB/T 29307-2012。而GB/T 29307关于驱动电机的可靠性试验是参考发动机402 h的加速寿命试验方法而制定。但由于驱动电机系统的加速寿命模型和加速因子与发动机不同，驱动电机系统的各部件及零部件的加速寿命模型和因子也不同。比如对于驱动电机的绝缘系统的加速寿命因子包括温度、电压等，温度和电压的加速寿命模型截然不同。又如温度对驱动电机的绝缘系统和对电机控制器的支撑电容的加速寿命模型也截然不同。因此采用类同GB/T 29307-2012的单一因子的加速寿命试验显得理论基础严重不足。

4  对驱动电机系统标准的建议

为了进一步规范和指导我国驱动电机系统的发展，有必要对驱动电机系统的标准进行修订和补充，尤其有必要对GB/T 18488进行修订。为此对GB/T 18488的修订提出如下建议：

1）完善标准体系

根据驱动电机系统的供应形态、驱动电机类型以及集成驱动系统的出现，将标准分成以下部分：

(1)  驱动电机系统

(2)  异步驱动电机

(3)  永磁同步驱动电机

(4)  电机控制器

(5)  电机-减速箱集成系统

(6)  电机-电机控制器集成系统

(7)  电机-电机控制器-减速箱集成系统

2）完善技术要求

除了重量、效率分布和反电势等与具体驱动电机系统应用有关外，对大部分要求均以量化的指标出现，特别是噪声限值、水冷电机的温升限值、油冷电机的温升限值、控制精度及转矩和转速响应时间等。

3）试验项目的增加或删减

包括性能验证试验项目、安全性试验项目以及环境适应性试验项目。由于GB/T 29307-2012的理论基础不足，且驱动电机系统的可靠性试验的难度，建议删除可靠性性试验项目。

4）完善试验方法

按照试验目的、试验配置、试验仪器、试验工况、测量参数、试验流程和试验判据等完善每一项试验方法，具体描述力求准确，不产生歧义。

5）增加温升修订的方法

在GB/T 18488.1中，对驱动电机的温升的要求为：“在规定工作制下，驱动电机的温升应符合GB 755-2008中8.10的温升限值”。但GB 755的基准条件为：“最高环温40℃，海拔低于1000 m，水冷水温4℃”，驱动电机的环境条件与盖基准条件差异很大，因此当试验条件与该基准条件以及运行条件不符时，须对试验温升进行修订。在新版标准中，建议对此进行明确规定。

6）效率测量方法的完善

在GB/T 18488.2中，效率测量采用的是直接测量法。但在众多标准中（如 GB/T 1032 《异步电动机试验方法中》）明确规定不能采用直接测量法。并且由于绕组的损耗与温度直接相关，在冷态下的测量的效率高于热态下测量的效率。