电动汽车用驱动电机系统输入输出特性试验

电动汽车的驱动电机系统是指与电动机相连的传动机构、控制系统、电源系统等组成的整体。输入输出特性试验是对电动汽车驱动电机系统的性能进行测试的一种方法。

试验的主要目的是评估驱动电机的输入输出特性，即驱动电机的输入电流、电压与输出转矩、转速之间的关系。试验中需要对驱动电机给定不同的输入电流，并观察输出转矩和转速的变化情况。

进行输入输出特性试验需要专业的测试设备和软件，并需要经过严格的校准和核对才能保证试验结果的准确性。在试验过程中，应该遵守相关的安全规定，以防止意外事故的发生。

电动汽车用驱动电机系统的输入输出特性试验是评估驱动电机性能的重要手段，是电动汽车研发、生产、质量控制的必要环节。

下面是关于电动汽车用驱动电机系统输入输出特性试验步骤，下面一起来了解一下。

一、工作电压范围

1、台架试验时 ,将驱动电机系统的直流母线电压分别设定在最高工作电压处和最低工作电压处 ,在不同工作电压下 ,测试在不同工作转速下的最大工作转矩 ,记录稳定的转速和转矩数值 。

2、在驱动电机系统转速范围内的测量点数不少于 10个 ,绘制转速 转矩特性曲线 ,检查转矩输出是 否能符合产品技术文件的规定 。

二、转矩-转速特性及效率

1、测试点的选取

| 转速测试点的选取

试验时 ,在驱动电机系统工作转速范围内一般取不少于10 个转速点 ,最低转速点宜不大于最高工 作转速的 10% ,相邻转速点之间的间隔不大于最高工作转速的 10% 。测试点选择时应包含必要的特征 点 ,如 :

— 额定工作转速点 ;
— 最高工作转速点 ;
— 持续功率对应的最低工作转速点 ;
—其他特殊定义的工作点等 。

| 转矩测试点的选取

在驱动电机系统电动或馈电状态下 ,在每个转速点上 一 般取不少于 10 个转矩点 ,对于高速工作状 态 ,在每个转速点上选取的转矩点数可以适当减少 ,但不宜低于 5个 。测试点选择时应包含必要的特征 点 ,如 :

a)持续转矩数值处的点 ;
b) 峰值转矩(或最大转矩)数值处的点 ;
c)持续功率曲线上的点 ;
d) 峰值功率(或最大功率)曲线上的点:
e) 其他特殊定义的工作点等 。

2、测量参数的选择

试验时 ,根据试验目的 ,在相关的测试点处可以全部或者部分选择测量下列数据 :

a)驱动电机控制器直流母线电压和电流 ;
b) 驱动电机的电压 、电流 、频率及电功率 ;
c)驱动电机的转矩 、转速及机械功率 ;
d) 驱动电机 、驱动电机控制器或驱动电机系统的效率 ;
e) 驱动电机电枢绕组的电阻和温度 ;
f) 冷却介质的流量和温度 ;
g)其他特殊定义的测量参数等 。

3、试验方法

仪器的准确度或误差应不低于表 1 的要求 ,并满足实际测量参数的精度要求 ,尤其对于电气参数测 量的仪器仪表 ,应能够满足相应的直流参数和交流参数测量的精度和波形要求 。

表 1   试验仪器准确度

序    号试验仪器准确度或误差

1电气测量仪器0. 5 级(兆欧表除外)

2分流器或电流传感器0. 2 级

3转速测量仪±2r/min

4转矩测量仪0. 5 级5温度计±1℃

6微欧计0. 2 级

非特殊说明 ,宜使用测功机或具备测功机功能的设备作为负载 ,被试驱动电机系统应处于热工 作状态 ,驱动电机控制器的直流母线工作电压为额定电压 。

试验时 ,可以根据试验目的设置试验条件 ,驱动电机系统可以在实际冷状态或者热状态条件下 试验 ,驱动电机控制器的直流母线电压可以设置在最高工作电压 、最低工作电压 、额定工作电压或其他 工作电压处 ,试验的转速和转矩可以是一个工作点 ,也可以是一条特性曲线或者全部工作区 ,必要时 ,需 要在试验报告中记录相应的试验条件 。

试验时 ,驱动电机控制器输入输出功率可以通过测量驱动电机控制器输入或输出的电压和电 流计算获得 ,测量时 , 电压和电流的测量点应在驱动电机控制器靠近接线端子处 。控制器输入功率和输出功率也可以使用功率表直接测量获得 。

一般情况下 ,驱动电机控制器和驱动电机之间的电力传输线缆不会对测量结果产生明显影响,如果线缆的长度或阻抗严重影响到了被试系统的工作特性 ,则需要调整线缆 , 或者对测量结果予以修 正, 以避开或减少影响 。

试验过程中 ,为保证测量的精度,驱动电机的工作转矩和转速宜直接在驱动电机轴端测量 ,此 时,驱动电机轴端和转矩转速测量设备之间应是刚性连接 ;如果可以忽略联轴装置的传动效率和中间的 风磨损耗 ,也可以在驱动电机轴端与转矩转速测量设备之间放置联轴环节 ,此时 ,转速转矩测量设备的 读数即为驱动电机轴端的输出值 。

对于需要考虑到联轴装置的传动效率和试验过程中的风摩损耗的情况,参照附录 A的方法对 试验结果进行修正 。

试验过程中 ,应防止被试驱动电机系统过热而影响测量的准确性 ,必要时 ,转矩-转速特性曲线 可以分段测量 。

4、效率的测量

| 驱动电机控制器效率

驱动电机控制器效率分为驱动电机系统电动状态时控制器的效率和驱动电机系统馈电状态 时控制器的效率 ,其值应根据驱动电机控制器输入功率和输出功率的比值计算确定 。

驱动电机控制器效率按式(9)计算 :

式中 :

ηc     — 驱动电机控制器效率( %) ;
Pco— 驱动电机控制器输出功率 ,单位为千瓦(kW) ;
Pci— 驱动电机控制器输入功率 ,单位为千瓦(kW) 。

| 驱动电机效率

驱动电机效率分为驱动电机系统电动状态时的效率和驱动电机系统馈电状态时的效率 ,其 值应根据驱动电机输入功率和输出功率的比值确定 。

驱动电机效率按式(10)计算 :

式中 :

ηm      — 驱动电机效率( %);
Pmo— 驱动电机输出功率 ,单位为千瓦(kW) ;
Pmi  — 驱动电机输入功率,单位为千瓦(kW) 。

| 驱动电机系统效率

将驱动电机系统一并在试验台架上进行试验 ,根据驱动电机系统输入输出参数的测量和计 算获得驱动电机系统的效率 。

驱动电机系统处于电动工作状态时 ,输入功率为驱动电机控制器直流母线输入的电功率 ,输 出功率为驱动电机轴端的机械功率 ,驱动电机系统电动工作状态下的效率按式(11)求取 :

驱动电机系统处于馈电工作状态时,输入功率为驱动电机轴端的机械功率 ,输出功率为驱动电机控制器直流母线输出的电功率,驱动电机系统馈电工作状态下的效率按式(12)求取 :

式中 :

η— 驱动电机系统的效率( %) ;
n—驱动电机转速,单位为转每分钟(r/min) ;
T—驱动电机轴端转矩,单位为牛米(N · m) ;
U—驱动电机控制器直流母线电压平均值 ,单位为伏(V) ;
I— 驱动电机控制器直流母线电流平均值 ,单位为安培(A) 。

5、关键特征参数的测量

| 持续转矩

除非特殊说明,试验过程中,驱动电机控制器直流母线电压设定为额定电压,驱动电机系统 可以工作于电动或馈电状态 。

试验时,使驱动电机系统工作于 GB/T 18488.1— 2015中 5.4.3规定的转矩和转速条件下,利 用 7.2.3的方法从事试验和测量,驱动电机系统应能够长时间正常工作 ,并且不超过驱动电机的绝缘等 级和规定的温升限值 。

| 持续功率

按照 7.2.5.1获得的持续转矩和相应的工作转速,利用式(13)即可计算获得驱动电机在相应工作点 的持续功率 。

式中 :

Pm— 驱动电机轴端的持续功率 ,单位为千瓦(kW) 。

| 峰值转矩

可以在驱动电机系统实际冷态下进行峰值转矩试验 。  除非特殊说明,试验过程中,驱动电机控制器直流母线电压设定为额定电压,驱动电机系统可以工作于电动或馈电状态 。

试验时,使驱动电机系统工作于 GB/T 18488.1— 2015中 5.4.5规定数值的峰值转矩、转速和 持续时间等条件下,利用 GB/T 18488.2— 2015 7.2.3的方法从事试验和测量,同时记录试验持续时间 。驱动电机系统应能够 正常工作 ,并且不超过驱动电机的绝缘等级和规定的温升限值 。

如果需要多次从事峰值转矩的测量,宜将驱动电机恢复到实 际 冷 态 时,再 进 行 第 二 次试验测量 。

如果用户或制造商同意,可以在不降低试验强度的情况下,允许驱动电机没有恢复到冷态时 开始第二次试验测量 。如果这样调整后,试验测量得到的温升值和温度值较大 ,或者超过了相关的限值要求 ,则不应做这样的调整,以确保试验结果的准确性 。

峰值转矩试验持续时间可以按照用户或制造商的要求进行 ,建议制造商提供驱动电机系统 能够持续 1 min或 30s工作时的峰值转矩作为参考 ,并进行试验测量 。

作为峰值转矩的一种特殊情况 ,可以试验驱动电机系统在每个转速工作点的最大转矩 ,试验 过程中 ,在最大转矩处的试验持续时间可以很短 ,一般情况下远低于 30 s。根据试验数据 ,绘制驱动电 机系统转速-最大转矩曲线 。

| 峰值功率

获得的峰值转矩和相应的工作转速 ,利用式(13)即可计算获得驱动电机系统在相应工 作点的峰值功率 ,峰值功率应与试验持续时间相对应 。

| 堵转转矩

除非特殊说明 ,试验过程中 ,驱动电机控制器直流母线电压设定为额定电压 。

试验时 ,应将驱动电机转子堵住 ,驱动电机系统工作于实际冷状态下 ,通过驱动电机控制器 为驱动电机施加所需的堵转转矩 ,记录堵转转矩和堵转时间 。

改变驱动电机定子和转子的相对位置 ,沿圆周方向等分取 5 个堵转点 ,分别重复以上试验 ,每次重复试验前 ,宜将驱动电机恢复到实际冷状态 。每次堵转试验的堵转时间应相同 。

取 5 次测量结果中堵转转矩的最小值作为该驱动电机系统的堵转转矩 。

| 最高工作转速

试验过程中 ,驱动电机控制器直流母线电压设定为额定电压 , 驱 动 电 机 系 统 宜 处 于 热 工 作 状态 。

试验时 ,匀速调节试验台架 ,使驱动电机的转速升至最高工作转速 ,并施加不低于产品技术 文件规定的负载 ,驱动电机系统工作稳定后 , 在此状态下的持续工作时间应不少于 3 min。

进行试验测量 ,每 30 s记录一 次驱动电机的输出转速和转矩 。必要时 ,可 以参照附录 A的方法对转矩试验结果予以修正 。

| 高效工作区

在驱动电机系统转速转矩的工作范围内 ,按照 7. 2. 1选择试验测试点 ,测试点应分布均匀 ,并 且数量不宜低于 100个 。

按照GB/T 18488. 2— 2015 7. 2. 3 的方法 ,被试驱动电机系统应达到热工作状态 ,驱动电机控制器的直流母线工作电压为额定电压 ,驱动电机系统可以工作于电动或馈电状态。

在不同的转速和不同的转矩点进行试验 ,根据需要记录驱动电机轴端的转速 、转矩 , 以及驱动电机控制器直流母线电压和电流 、交流电压和电流等参数 ,必要时 ,可以参照附录 A的方法对转矩予 以修正 。

按照 GB/T 18488. 1— 2015中 5. 4. 9. 2对高效工作区的要求,统计符合条件的测试点数量 ,其 值和总的试验测试点数量的比值 , 即为高效工作区的比例 。

鼓励通过对试验和计算数据拟合等方式获得驱动电机 、驱动电机控制器或驱动电机系统的 高效工作区 。

| 最高效率

可以按照以下两种方式之一选择测试点 :

a)按照制造商或产品技术文件提供的最高效率工作点进行测试;

b)结合高效工作区试验进行 ,选择所有测试点中效率最高值即视为最高效率 。

按照之前的试验方法 ,被试驱动电机系统应达到热工作状态 ,驱动电机控制器的直流母线工作电压为额定电压 ,驱动电机系统可以工作于电动或馈电状态 。

驱动电机系统工作于试验测试点,记录转速 、转矩和电压 、电流 , 以及冷却条件等参数。

三、控制精度

1、转速控制精度

| 试验时 ,驱动电机控制器直流母线电压宜设定为额定电压 ,驱动电机系统宜处于空载 、热态 、电 动工作状态 。

| 对具有转速控制功能的驱动电机系统 ,在 10%~90%最高工作转速范围内 ,均匀取 10个不同的转速点作为目标值 。按照某一转速目标值设定驱动电机控制器或上位机软件 ,驱动电机由静止状态 直接旋转加速 ,并至转速稳定状态 ,此过程中不应对驱动电机控制器或上位机软件做任何调整 ,记录驱动电机稳定后的实际转速 ,并计算实际转速与目标转速的差值 ,或者实际转速与目标转速的偏差占 目标转速值的百分数 ,此值即为这一转速目标值对应的转速控制精度 。

| 对每一个转速目标值均进行以上试验 ,选取转速控制精度中的误差最大值 ,作为驱动电机系统的转速控制精度 。

| 对于无转速控制功能的驱动电机系统 ,不进行该项试验。

2、转矩控制精度

试验时 ,驱动电机控制器直流母线电压宜设定为额定电压 ,驱动电机系统宜处于热态 、电动工作状态 。

对具有转矩控制功能的驱动电机系统 ,在设定转速条件下的 10% ~ 90%峰值转矩范围内 ,均 匀取 10个不同的转矩点作为目标值 。按照某一转矩目标值设定驱动电机控制器或上位机软件 ,驱动电 机输出由零转矩直接工作至转矩和转速稳定状态 ,此过程中不应对驱动电机控制器或上位机软件做任 何调整 ,记录驱动电机系统的实际转矩值 ,并计算实际转矩值与 目标转矩的差值 ,或者实际转矩与 目标转矩的偏差占目标 转 矩 值 的 百 分 数 , 此 值 即 为 在 特 定 转 速 条 件 下 , 这 一 转 矩 目 标 值 对 应 的 转 矩 控 制 精度 。

对每一个转矩目标值均进行以上试验 ,选取转矩控制精度中的误差最大值 , 即为特定转速条件 下驱动电机系统的转矩控制精度 。

加载过程中 ,驱动电机的工作转速会发生变化 ,其设定转速可以由测功机设定并控制 。

对于无转矩控制功能的驱动电机系统 ,不进行该项试验。

四、响应时间

| 转速响应时间

试验时 ,驱动电机控制器直流母线电压宜设定为额定电压 ,驱动电机系统宜处于空载 、热态 、电 动工作状态 。

对具有转速控制功能的驱动电机系统 ,按照转速期望值设定驱动电机控制器或上位机软件 ,驱动电机由静止状态直接旋转加速 ,此过程中不应对驱动电机控制器或上位机软件做任何调整 ,记录驱动 电机控制器从接受到转速期望指令信息开始至第一次达到规定容差范围的期望值所经过的时间 。

试验时 ,应改变驱动电机定子和转子的相对起始位置 ,沿圆周方向等分取 5 个点 ,在同 一 转速 期望值条件下分别重复以上试验 ,取 5 次测量结果中记录时间的最大值作为驱动电机系统对该转速期望值的转速响应时间 。

对于无转速控制功能的驱动电机系统 ,不进行该项试验 。

| 转矩响应时间

试验时 ,驱动电机控制器直流母线电压宜设定为额定电压 ,驱动电机系统宜处于堵转 、热态 、电 动工作状态 。

对具有转矩控制功能的驱动电机系统 ,在堵转状态下 ,按照转矩期望值设定驱动电机控制器或上位机软件 ,对电机进行转矩控制 ,使驱动电机输出转矩从零快速增大 ,此过程中不应对驱动电机控制 器或上位机软件做任何调整 ,记录驱动电机控制器从接受到转矩期望指令信息开始至第 一 次达到规定 容差范围的期望值所经过的时间 。

试验时 ,应改变驱动电机定子和转子的相对起始位置 ,沿圆周方向等分取 5 个点 ,在同 一 转矩 期望值条件下分别重复以上试验 ,取 5 次测量结果中记录时间的最大值作为该驱动电机系统对该转矩期望值的转矩响应时间 。

对于无转矩控制功能的驱动电机系统 ,不进行该项试验 。

五、驱动电机控制器工作电流

1、试验方法

驱动电机控制器与对应的驱动电机连接后一并进行台架试验,组成的驱动电机系统可以工作 于电动或馈电状态 。

试验时 ,按照制造商或者产品技术文件的规定设置台架试验条件 ,如驱动电机控制器直流母线 电压 、驱动电机工作转速和转矩 、试验持续时间等 ,驱动电机系统应能够在规定的试验时间内正常稳定的工作 ,并且不超过驱动电机的绝缘等级和规定的温升限值。

按照 GB/T 18488. 2— 2015 7. 2. 3 的方法测量驱动电机控制器工作电流的均方根值。

| 驱动电机控制器持续工作电流

在一定的台架试验条件下 ,驱动电机系统如果能够长时间持续稳定工作 ,此时测量得到的电流为驱 动电机控制器持续工作电流 。

| 动电机控制器短时工作电流

按照制造商或者产品技术文件的规定 ,通过改变台架试验条件增大驱动电机控制器的工作电流 ,使 得驱动电机系统能够在较短的时间内正常稳定工作 ,此时测量得到的电流为驱动电机控制器在对应工 作时间内的短时工作电流 ,驱动电机控制器短时工作电流的持续时间宜不低于30s。

| 驱动电机控制器最大工作电流

按照制造商或者产品技术文件的规定,改变台架试验条件进一 步增大驱动电机控制器的工作电流 ,试验持续时间可以很 短 ,一 般 情 况 下 远 低 于 30 s, 此 时 测 量 得 到 的 电 流 为 驱 动 电 机 控 制 器 最 大 工 作 电流 。

六、馈电特性

温升计算方法 、测量点的选择 、测量参数和试验方法等 , 同样适用 于馈电特性试验过程 。

试验时 ,被试驱动电机系统由原动机(测功机) 拖动 ,处于馈电状态 ,根据试验目的和测量参数的不同 ,驱动电机控制器工作于设定的直流母线电压条件下 ,驱动电机在相应的工作转速和转矩负载下进 行馈电试验 。

记录馈电状态时驱动电机控制器的直流母线电压 、直流母线电流 、驱动电机各相的交流电压 、交 流电流 , 以及驱动电机轴端的转速和转矩等参数 , 同时计算获得功率 、馈电效率等数值 ,绘制相关曲线。