新能源电动汽车传动试验系统

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1、新能源电动汽车传动试验系统陈清;罗华;彭天玲 【期刊名称】防爆电机 【年(卷)，期】2019(054)005 【总页数】3页(P32-34) 【关键词】新能源汽车;电机试验;共直流母线 【作者】陈清;罗华;彭天玲 【作者单位】中机国际工程设计研究院有限责任公司湖南长沙410021【正文语种】中文【中图分类】TM3060引言随着近几年时代的发展，人们的生活条件有所改善，随着大家对生活品质的不断追 求，中国汽车行业的发展也领先于世界。虽然汽车的普及渐渐地推动了人类社会经 济和现代文明的高速发展，但是也带来了严峻的能源和环境问题，节能和环保成为 汽车技术发展的主题之一。面对日益严重的能源和环境问题，

2、新能源汽车为提供了一种解决的可能，因此也成 为了世界上技术发展的一个热门方向。目前，新能源汽车的技术路线差异主要体现 在能量供给上，主要有两种技术路线，氢燃料电池与锂电池。氢燃料电池汽车，其主要的原理就是氢原料与空气中的氧结合，最后生成水，以此 化学变化将氢动力转化为电力，并用于驱动，其实说到底就是电动汽车的一种变化。 氢能源拥有燃料添加快、续航时间长等优势。然而，氢燃料电池汽车的缺点却也明 显。（1）氢加注站的工程技术难度大，网点普及难以实现；（2）成本高昂，无论是氢 的制备与储运，还是氢动力汽车的制造，目前都远远高于商业应用门限；安全 问题，氢气是易燃易爆气体，无论在加注站还是在汽车上，氢

3、都是高压存储的，这 对安全性提出了更高的考验。锂电池是当前发展的主要方向，目前现在的动力锂电池主要的就两种：磷酸铁锂和 三元锂。磷酸铁锂以寿命和安全性见长，而三元锂则在低温性能和单位电池的电容 量上体现了优势。目前，锂电池的技术发展已经接近成熟，能量密度已经达到 179Wh/kg，价格也下降到了 1.3元/Wh，已经具备了商业应用的价值。国外与国内的厂家在致力于锂电新能源汽车技术发展的有好些家，如特斯拉，比亚 迪，蔚来汽车等。锂电新能源汽车也是当前新能源汽车行业的主要发展方向。1新能源电动汽车传动系统新能源电动汽车的传动系统主要还是由四部分构成，电池系统、驱动器、电机、减 速机。其中，前三者属

4、于电气部分，而减速机则是机械部分。减速机一般是根据车 型的设计而进行匹配的，相较于传统汽车的多档位而言，电动汽车的减速机档位非 常少，很多实例中甚至只有一档。相对于机械部分而言，电气部分的作用显得更为重要，是传动系统性能的直接体现。 电池的能量大小直接决定了汽车的续航里程，而它的体积与重量也直接关系着整的 设计与制造。驱动器则是体现了汽车的性能，驾驶的平顺性，高速运行的表现。电 机的性能决定了输出的转矩特性与功率特性，并且电机的效率也直接决定整套传动 装置效率等级。电气传动部分是传动系统的核心部分，因此针对性的模拟试验也是十分必要的，本 文将详细介绍新能源电机的试验系统2新能源电动汽车试验系统

5、为了在整车装备之前得到电气传动系统的性能与特点，一套专用的试验电气试验系 统成为了必需品。试验系统需要能模拟实际的运行工况，对电气传动部分进行试验。对于电气传动系 统而言，电池系统仅是个能量供给装置，而且电池的充放电过程十分缓慢，直接影 响了试验效率，因此，电池系统一般不被纳入试验范围。对于驱动器与电机构成的 子系统而言，系统的输入的是直流电压/电流，系统的输出的是转速/转矩。这就要 求试验系统能提供对应的接口，以实现模拟试验的需求。试验系统的好坏，直接关系着系统投资与工作效率。本文介绍一套优越的新能源电 机试验系统，该系统主要由电气部分，机械部分及软件构成，提供了完成的试验解 决方案。2.1

6、系统方案被试系统由驱动器与被试电机构成，在驱动器的输入侧配置有直流电量测量，对输 入的直流电压与电流进行测量，这里是系统的输入功率计算点。在电机的机械轴端 配置有转速转矩仪，对系统输出的转速与转矩进行测量，这里是系统的输出功率计 算点。一般在驱动器与电机之间还会加入交流电量测量，对电机输入侧（驱动器输 出侧）的交流电压与电流进行测量，通过此点的功率计算，可以得到两个单体设备 （驱动器与电机）的效率。2.2电气部分相对于被试系统而言，试验系统主要需要提供直流电源与机械负载。如图1所示， 这是一个被广泛应用的试验系统框架。系统选定一个整流器，将电网的交流电转变 成直流电源，为驱动器供电。由于要考虑

7、到快速响应性与能量回收工况需求，一般 整流器考虑采用全可控器IGBT构建成的四象限有源前端（AFE）。陪试加载系统则 由变频器与陪试电机构成。陪试变频器也需要具备四象限运行能力。相对于车上布 置而言，试验系统对空间要求并不高，再考虑到综合成本，陪试电机一般选择为异 步机。图1电气方案图一般的试验系统在加载时，回馈能量的交互点在交流侧，这样就需要两个全功率的 四象限整流设备。本文提出的试验系统采用的是共直流母线方案，即加载测试时， 能量的循环在直流母线侧，整流器仅需要对系统的损耗进行补充即可。相比较而言， 满功率负载时整流器的容量降少到了 20%，极大程序的减少了系统投资。另外，方案中还增设了一

8、台DC/DC直流电源，用于匹配不同驱动器的电压等级。 AFE整流器的最低输出电压受限于交流进线值，为了适合不同的驱动器，进线电 压势必要放得很低，但是为了满足功率需求，整流器的电流则要相应的增大。这不 但造成了整流器的非标制造，而且还大大的增加了设备成本。DC/DC直流电源的 引入，完美的解决了电压匹配的问题，使得整流器与陪试变频器可以采用标准产品。 另外，在DC/DC电源的基础上，还能订制电池模拟功能，能更真实地模拟实际运 行工况。2.3机械部分相较于普通的电机而言，新能源电机的转速要高得多，一般最高转速12000转， 特别的电机转速达到了 18000转，甚至到20000转。在这么高的转速下

9、，机械部 分的设计也显得尤为重要。试验系统的机械部分主要由三部分组成，底座，旋转轴系和安装工件。三部分有机 结合才构成了一套稳定有效的机械测试台架。其中旋转轴系是最关键的部分，它也 由三部分组成，被试电机，转速转矩仪和陪试电机。电机在高速旋转时，轴系的稳 定性显得更为重要。当轴系不稳定时，轻则试验无法进行，重则损坏设备。试验系统对机械工装设计进行了完整的3D建模设计与模态分析，在经历了几个实 物版本演变升级后，最终形成一套可靠的机械方案。另外，照顾电机试验的需求， 在设计时充分考虑了更换测试电机的便利性。而且，系统也考虑了过渡工装连接方 式，以方便不同类型的电机测试安装，设计图见图2。图2试验

10、系统台机架设计图3.4软件部分新能源电动汽车的试验过程复杂又繁多，试验系统的信息自动化程序直接影响了系 统的性能与工作效率。本试验系统采样全自主开发的测试软件系统，有机的将设备 控制，全过程试验自动控制，试验数据采集，整合于一体，极大的提升了试验效率。 以效率云图测试为例，被试系统需要在若个不同的工况进行效率云图测试，一般是 在不同的直流供电电压下，在不同的转速转矩点，测试系统的效率，见图3。往往 一套试验下来，需要在上万个工作点下进行试验，如果采用人工方式来进行试验， 费时费力不说，还极容易出现漏点漏记的可能。另外，在某些特殊工作点时，要求 温度变化尽可能的低，而人工方式很难达到试验目的。试

11、验系统专门考虑了这一需 求，通过必要的参数设置后，系统将自动完成整个试验过程。图3某电机效率云图另外，测试系统具备DBC文件配置功能，能便利的接入不同厂家的驱动器进行测 试，极大的提升了系统试验的普适性。3结语新能源电动汽车是当下的热门研究方向，而针对性的试验系统的发展则稍显滞后。 本文提出了一种新式的新能源电动汽车试验系统，该系统能显著的减少投资，提升 工作效率，并且具备普适性试验功能，综合性能远高于一般性的试验系统。我公司在电机试验行业有60多年的经验，对于新能源电机系统有着深刻的研究， 承担了国内夕卜多个新能源电机试验台项目，受到了客户的一致好评。另外，公司还 设有新能源传动研研室与电机检测中心，一直致力于推进试验技术的发展与应用。参考文献【相关文献】1 严蓓兰.新能源汽车电机发展趋势及测试评价研究.电机与控制应用，2018.2 成哲.新能源汽车动力总成系统测试平台概述.时代汽车，2018.3 王记磊，等.新能源汽车动力电机测试平台设计.汽车工程学报，2017.4 吴钊.新能源汽车台架试验系统开发.清华大学，2016.