新能源汽車作為節(jié)能環(huán)保的新產(chǎn)品，其研究和開發(fā)得到了重視，成為當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的方向。我國(guó)政府一直都非常重視交通領(lǐng)域?qū)δ茉春铜h(huán)境的影響，在“九五”、“十五”和“十一五”期間相繼投資啟動(dòng)了與節(jié)能相關(guān)的新能源汽車建設(shè)項(xiàng)目。“十二五”“十三五”規(guī)劃則將節(jié)能減排作為汽車行業(yè)的發(fā)展方向，建議新能源汽車的推廣列入國(guó)家的重要計(jì)劃。新能源汽車的大力發(fā)展可以縮小我國(guó)汽車工業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家汽車工業(yè)之間的差距，并可帶動(dòng)我國(guó)汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的發(fā)展。
新能源汽車的快速發(fā)展為新能源汽車電機(jī)行業(yè)的發(fā)展提供了很好機(jī)遇，驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)作為其核心部件之一，發(fā)展前景廣闊。
1 新能源汽車電機(jī)類型和選型分析
1.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型
新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要包括:交流異步、永磁同步和開關(guān)磁阻電機(jī)。當(dāng)前電機(jī)技術(shù)分類比較如表1所示，由此可知永磁同步電機(jī)綜合量化得分最高，其效率和控制特性有較大優(yōu)勢(shì)，開關(guān)磁阻電機(jī)制造、成本優(yōu)勢(shì)較大。
1.2 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型分析
直流電機(jī)系統(tǒng)具有成本低、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，是電動(dòng)汽車最早采用的系統(tǒng)。隨著電力、電子及自控技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)表現(xiàn)出比直流電機(jī)更為優(yōu)越的性能，逐步取代了直流電機(jī)控制系統(tǒng)。
大多數(shù)新能源汽車電機(jī)采用永磁同步電機(jī)；一部分汽車公司采用交流異步電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。表2給出了國(guó)內(nèi)外主要新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型及電機(jī)供應(yīng)商，各個(gè)新能源汽車車型的驅(qū)動(dòng)機(jī)選型基本與分析一致。
表1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)基本性能比較
*為綜合量化比較，未加權(quán)。
表2 部分國(guó)內(nèi)外新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型
2 新能源汽車電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
目前新能源汽車電機(jī)主要以永磁電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)為主，本文將著重介紹這兩種電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀。
2.1 國(guó)外新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
感應(yīng)電機(jī)的代表當(dāng)屬特斯拉Model S。特斯拉汽車Tesla Model S P85D所搭載三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)最大功率可達(dá)515 kW(700 Ps)，轉(zhuǎn)速范圍為12 000～20 000 r/min，加上雙電機(jī)四驅(qū)設(shè)計(jì)，在減速機(jī)配合下，可輕易產(chǎn)生930 N·m的扭矩，令P85D的百千米時(shí)速加速在3.4 s內(nèi)便可完成。Model S前后置雙電機(jī)配置依靠特斯拉優(yōu)化過的算法，可以根據(jù)不同的行駛狀況產(chǎn)生不同的動(dòng)力交錯(cuò)輸出，保持汽車的高效運(yùn)行。助于優(yōu)異的控制算法和高效的鑄銅轉(zhuǎn)子異步電機(jī)，特斯拉無論是動(dòng)力還是在節(jié)能、續(xù)航方面都有很大優(yōu)勢(shì)，純電動(dòng)模式續(xù)航里程可達(dá)426 km。
永磁同步電機(jī)的代表為豐田Prius系列。豐田公司在1997年便研發(fā)出世界上第一款成熟的混合動(dòng)力汽車—Prius，迄今為止已發(fā)展到第4代。第4代Prius電機(jī)采用了分段線圈式定子，轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)也做了改變，電機(jī)的峰值功率為53 kW，峰值轉(zhuǎn)矩為163 N·m，最高轉(zhuǎn)速更是達(dá)到17 000 r/min。圖1所示為Prius系列電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。從結(jié)構(gòu)變化可以看出豐田對(duì)永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)研究逐漸深入，其轉(zhuǎn)速及功率密度也不斷提高，總的基調(diào)為增加直軸電感，增加凸極率。除Prius系列，豐田還研制了V一型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的2008 Lexus LS600H，峰值功率為110 kW，峰值轉(zhuǎn)矩為300 N·m，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到10 230 r/min，功率密度高達(dá)2.46 kW/kg。
奧迪混合動(dòng)力汽車Q3驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁同步電機(jī)，其最大輸出功率為32 kW，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到12 500 r/min。另一款Q5采用的永磁同步電機(jī)最大功率為40 kW(2 300 r/min)，最高轉(zhuǎn)矩為211 N·m，功率密度達(dá)到1.54 kW/kg。
寶馬公司研發(fā)了寶馬i3永磁同步電機(jī)。該電機(jī)充分發(fā)揮了內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，電機(jī)總重約為42 kg，電機(jī)功率可達(dá)125 kW，扭矩可達(dá)250 N·m。
圖2所示為寶馬i3電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。從圖2中可以看出i3電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁鋼布局和槽形都非常的復(fù)雜和特殊，目的是減小電機(jī)磁鏈的條件下，增加電感凸極率。電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)很小，但輸出扭矩卻很大；電機(jī)需要弱磁的車速很高(工況很少)，而扭矩電流比卻做得很大。
2.2 國(guó)內(nèi)新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
借助于國(guó)家政策的支持與財(cái)政補(bǔ)貼，我國(guó)新能源車用電機(jī)得到了快速發(fā)展。國(guó)內(nèi)很多高校、研究機(jī)構(gòu)、汽車生產(chǎn)商相繼投入到新能源汽車電機(jī)的研發(fā)中，并且取得了一定成果。
圖1 Prius系列轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖
圖2 寶馬i3轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖
天津大學(xué)、天津清源公司研制的永磁同步電機(jī)及其控制系統(tǒng)的峰值功率為45 kW，最大轉(zhuǎn)矩為99.5 N·m，系統(tǒng)最高效率為95%，功率密度為1.087 kW/kg。沈陽工業(yè)大學(xué)國(guó)家稀土永磁電機(jī)工程技術(shù)研究中心，研制出額定功率為20 kW,最大功率為40 kW，功率密度超過1.5 kW/kg的高功率密度永磁同步電機(jī)。江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司研制了100 kW電動(dòng)汽車雙繞組永磁同步電機(jī)，額定功率為100 kW，峰值功率為220 kW，額定扭矩為960 N·m，峰值扭矩為3 200 N·m，全轉(zhuǎn)速全轉(zhuǎn)矩范圍具有兩個(gè)高效運(yùn)行區(qū)域，電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器總體效率不小于90%，高速與過載運(yùn)行范圍效率不小于80%。其效率云圖如圖3所示。
圖3 雙繞組永磁同步電機(jī)效率云圖
上海電驅(qū)動(dòng)EM1269/EC1262型號(hào)車用永磁同步電機(jī)性能指數(shù)如下：峰值功率為94 kW，額定功率為45 kW，峰值轉(zhuǎn)矩為225 N·m，額定轉(zhuǎn)矩為100 N·m，額定轉(zhuǎn)速4 300 r/min，峰值轉(zhuǎn)速為12 000 r/min。
精進(jìn)電機(jī)研發(fā)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率為85 kW，峰值功率為135 kW，額定轉(zhuǎn)矩為325 N·m，峰值轉(zhuǎn)矩為600 N·m，額定轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，峰值轉(zhuǎn)速為6 000 r/min。
蔚來es8采用前后雙異步電機(jī)，綜合最大功率為480 kW，綜合最大扭矩為840 N·m,純電最大續(xù)航里程達(dá)到355 km。
安徽巨一永磁同步電動(dòng)機(jī)額定功率為45 kW、峰值功率為90 kW，額定扭矩為86 N·m，峰值扭矩為230 N·m，額定轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，最高轉(zhuǎn)速為12 000 r/min。
比亞迪e6采用的永磁電機(jī)額定功率為75 kW，峰值功率為90 kW，電動(dòng)機(jī)總扭矩為450 N·m，最高車速為140 km/h，單次充電續(xù)航里程在綜合工況下最大可達(dá)300 km。
目前，雖然我國(guó)新能源汽車動(dòng)力技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但在高端技術(shù)等方面，與國(guó)際先進(jìn)水平還具有一定差距。
2.3 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
圖4所示為電機(jī)外特性曲線，標(biāo)出了電機(jī)不同工作區(qū)域的特點(diǎn)及研發(fā)難點(diǎn)。結(jié)合新能源汽車電機(jī)的研發(fā)現(xiàn)狀，新能源汽車電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)如下：
圖4 電機(jī)外特性曲線
(1) 在廣泛領(lǐng)域的高效率。汽車工況復(fù)雜，其電機(jī)需要在多個(gè)工作點(diǎn)運(yùn)行，要實(shí)現(xiàn)新能源汽車高續(xù)航及節(jié)能要求，在廣泛領(lǐng)域的高效率是重要的研究方向。
(2) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輕量化、小型化。電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中重要的動(dòng)力來源，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輕量化、小型化必然會(huì)使電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成化和一體化，在高性能電動(dòng)汽車中，底盤系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一體化集成。
(3) 電機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)字化。高速高性能微處理器使得電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)全數(shù)字化時(shí)代，在高性能高速的數(shù)字控制芯片的基礎(chǔ)上，高性能的控制算法、復(fù)雜的控制理論得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，使用面向用戶的可視化編程，通過代碼轉(zhuǎn)化和下載直接進(jìn)入微處理，將進(jìn)一步提高編程效率和可調(diào)試性。
(4) 電機(jī)系統(tǒng)智能化。新能源汽車電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字化使機(jī)電一體化技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展。目前國(guó)際上先進(jìn)的電機(jī)系統(tǒng)已集成了診斷、保護(hù)、控制、通信等功能，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)的自我診斷、自我保護(hù)、自我調(diào)速、遠(yuǎn)程控制等，電機(jī)系統(tǒng)智能化發(fā)展成為必然趨勢(shì)。
3 新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系及評(píng)價(jià)
隨著產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，行業(yè)對(duì)產(chǎn)品的性能評(píng)價(jià)體系逐步完善。目前，國(guó)內(nèi)的新能源汽車準(zhǔn)入要求中明確規(guī)定整車廠須具備動(dòng)力系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)集成測(cè)試能力、電子電控測(cè)試系統(tǒng)功能測(cè)試能力。對(duì)于零部件廠商來說，測(cè)試開發(fā)能力也是重中之重。
3.1 新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系
目前主流新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)體系如表3所示。
表3 國(guó)內(nèi)新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
3.2 新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)目
GB/T 18488.1—2015《電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng) 第1部分：技術(shù)條件》[1]和GB/T 18488.2—2015《電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng) 第2部分：試驗(yàn)方法》[2]主要針對(duì)的測(cè)試對(duì)象為新能源汽車中核心“三電”系統(tǒng)中的“驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)”和“電機(jī)”。電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)目分類如表4所示。
表4 電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)目分類
3.3 新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備及儀器
圖5 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
用于構(gòu)成電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備包括：試驗(yàn)電源、負(fù)載電源、變頻負(fù)載電機(jī)和測(cè)量?jī)x器。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。
試驗(yàn)電源將輸入的三相交流電轉(zhuǎn)換為可為被試控制器供電的直流電；負(fù)載電源可使用交流變頻電源，變頻負(fù)載電機(jī)需要與被測(cè)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速能夠匹配，一般選用高速變頻電機(jī)；測(cè)量系統(tǒng)由電參數(shù)測(cè)量?jī)x、交直流電流傳感器、轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速傳感器和上位機(jī)控制軟件組成。在對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器的測(cè)量中，除了需要測(cè)量電機(jī)的三相交流輸入電壓、三相交流輸入電流、輸入功率、功率因數(shù)等，還需要測(cè)量驅(qū)動(dòng)器的直流輸出電壓、直流輸出電流和電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速信號(hào)等。為了保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，測(cè)量時(shí)各參數(shù)讀數(shù)必須同時(shí)讀取。故使用的電參數(shù)測(cè)量?jī)x應(yīng)具有電參數(shù)測(cè)量通道4組以上，轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速測(cè)量通道1組。測(cè)試系統(tǒng)的儀表精度應(yīng)達(dá)到表5給出的各項(xiàng)需求。
表5 電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)目分類
通過測(cè)試控制軟件,不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)電源、負(fù)載電源及變頻負(fù)載電機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，根據(jù)試驗(yàn)需求對(duì)被試驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)或半自動(dòng)的加載控制，還能根據(jù)試驗(yàn)需求，將收集到被測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行保存和自動(dòng)計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為MAP圖。
4 新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)有關(guān)的關(guān)鍵測(cè)試項(xiàng)目
4.1 高效工作區(qū)
4.1.1 測(cè)試目的
驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)效率是指驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的以同一單位表示的輸出功率與輸入功率的百分比。高效工作區(qū)是指驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)分別在驅(qū)動(dòng)或饋電狀態(tài)下系統(tǒng)效率不低于80%的工作區(qū)域。
根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，分析驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的效率分布，得出驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器系統(tǒng)的高效工作區(qū)以及高效工作區(qū)所占的比例，并找出最高效率點(diǎn)，以此判定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相關(guān)特性。
4.1.2 測(cè)試儀器
主要有功率分析儀、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、溫度記錄儀、流量計(jì)、電橋等。
4.1.3 試驗(yàn)方法
系統(tǒng)效率的測(cè)量采用直接測(cè)量系統(tǒng)的輸入功率和輸出功率的直接法進(jìn)行。通常采用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器或測(cè)功機(jī)法測(cè)量機(jī)械功率，電功率采用功率分析儀配合電流傳感器測(cè)定。
在驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速工作范圍內(nèi)，選擇不少于10個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)。這些轉(zhuǎn)速點(diǎn)一般在最高轉(zhuǎn)速的10%至最高工作轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)均勻選取，但必須包括額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)、最高轉(zhuǎn)速點(diǎn)、持續(xù)功率對(duì)應(yīng)的最低工作轉(zhuǎn)速點(diǎn)以及其他有特殊定義的轉(zhuǎn)速點(diǎn)；然后在每個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)上，再均勻選取10個(gè)或以上的轉(zhuǎn)矩點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些轉(zhuǎn)矩點(diǎn)應(yīng)包括額定轉(zhuǎn)矩點(diǎn)、峰值(最大)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)、額定功率曲線上的點(diǎn)、峰值(最大)功率曲線點(diǎn)以及其他有特殊定義的轉(zhuǎn)矩點(diǎn)。根據(jù)以上原則，選擇不小于100個(gè)合適的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)在熱態(tài)以及額定電壓下，驅(qū)動(dòng)器工作在電動(dòng)或饋電狀態(tài)下進(jìn)行。
4.1.4 記錄數(shù)據(jù)
主要有驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器(母線直流電壓和電流)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)(電參數(shù)、機(jī)械參數(shù))、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器或驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率、驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組溫度、冷卻介質(zhì)溫度流量。
4.1.5 計(jì)算公式
驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器效率：
式中: Pco——驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的輸出電功率；
Pci——驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的輸入電功率。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率：
式中: Pmo——驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率。驅(qū)動(dòng)狀態(tài)為機(jī)械功率，饋電狀態(tài)下輸出的為電功率；
Pmi——驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入電功率。驅(qū)動(dòng)狀態(tài)為電功率，饋電狀態(tài)下輸出的為機(jī)械功率。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)狀態(tài)效率：
驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)饋電狀態(tài)效率:
式中: T——驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸端的轉(zhuǎn)矩，單位為牛米(N·m)；
n——驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸端的轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)每分鐘(r/min)；
U——驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器直流母線電壓平均值，單位為伏(V)；
I——驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器直流母線電流平均值，單位為安(A)。
4.1.6 結(jié)果整理與計(jì)算
根據(jù)所測(cè)得的每個(gè)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速點(diǎn)的數(shù)據(jù)，整理得出每個(gè)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)器的效率、電機(jī)的效率以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率；按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如GB/T 18488.1-2015中5.4.9.2)對(duì)高效工作區(qū)的要求，統(tǒng)計(jì)符合條件的測(cè)試點(diǎn)數(shù)量，其值和總試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)量的比值即為高效工作區(qū)的比例，所有測(cè)試點(diǎn)中效率最高值即為最高效率。
圖6是本中心為某新能源汽車電機(jī)企業(yè)生產(chǎn)的額定功率/峰值功率為15/30 kW、額定轉(zhuǎn)速/峰值轉(zhuǎn)速為5 200/7 200 r/min的永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下的效率MAP圖，圖6中橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)速n(單位r/min)，縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)矩T(單位N·m)，其中效率等值線80.00所包圍的區(qū)域?yàn)楦咝^(qū)(效率≥80%)，該圖反映此電機(jī)高效區(qū)占比為75%。
圖6 額定電壓電動(dòng)效率MAP圖示例
4.2 饋電特性
4.2.1 測(cè)試目的
在驅(qū)動(dòng)電機(jī)因慣性旋轉(zhuǎn)或被拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)此時(shí)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可通過控制器向電源饋電。
通過測(cè)取驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器系統(tǒng)在不同狀態(tài)下的饋電性能，得出整個(gè)系統(tǒng)的饋電能力。結(jié)合高效工作區(qū)測(cè)試結(jié)果，用于測(cè)試驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的省電節(jié)能性，并作為判定系統(tǒng)饋電能力是否合格的依據(jù)。
4.2.2 測(cè)試儀器
功率分析儀、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。
4.2.3 試驗(yàn)方法
被試驅(qū)動(dòng)電機(jī)在饋電狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器工作于設(shè)定的直流母線電壓、驅(qū)動(dòng)電機(jī)在相應(yīng)的工作負(fù)載和轉(zhuǎn)速下進(jìn)行饋電試驗(yàn)。
4.2.4 記錄數(shù)據(jù)
驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器(母線直流電壓和電流)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)(電參數(shù)、機(jī)械參數(shù))等。
4.2.5 計(jì)算公式
驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)饋電狀態(tài)效率：
4.2.6 結(jié)果整理與計(jì)算
饋電電壓范圍、饋電電流大小和饋電效率應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)文件規(guī)定。
圖7是本中心為某新能源汽車電機(jī)企業(yè)生產(chǎn)的額定功率/峰值功率為15/30 kW、額定轉(zhuǎn)速/峰值轉(zhuǎn)速為5 200/7 200 r/min的永磁同步電動(dòng)機(jī)饋電狀態(tài)下的效率MAP圖，圖7中橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)速n(單位r/min)，縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)矩T(單位N·m)，其中效率等值線80.00所包圍的區(qū)域?yàn)楦咝^(qū)(效率≥80%)，該圖反映此電機(jī)高效區(qū)占比為78%。
圖7 額定電壓饋電效率MAP圖示例
4.3 控制精度
4.3.1 測(cè)試目的
控制精度是指測(cè)量值與設(shè)定值的偏差占設(shè)定值的百分比，分為轉(zhuǎn)速控制精度和轉(zhuǎn)矩控制精度。求取驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器系統(tǒng)的控制精度，作為判定系統(tǒng)控制能力的依據(jù)。
4.3.2 測(cè)試儀器
功率分析儀、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器等。
4.3.3 試驗(yàn)方法
① 控制精度-轉(zhuǎn)速控制精度。該試驗(yàn)一般在熱態(tài)下進(jìn)行，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為空載狀態(tài)，輸入側(cè)電壓為額定電壓。在10%～90%最高工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，均勻取10個(gè)不同轉(zhuǎn)速點(diǎn)作為目標(biāo)轉(zhuǎn)速值。電機(jī)首先處于靜止?fàn)顟B(tài)，通過給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，使其由靜止自行加速直至穩(wěn)定。
② 控制精度-轉(zhuǎn)矩控制精度。該試驗(yàn)一般在熱態(tài)下進(jìn)行，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為電動(dòng)狀態(tài)，輸入側(cè)電壓為額定電壓。在10%～90%峰值轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，均勻取10個(gè)不同轉(zhuǎn)矩點(diǎn)作為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值。驅(qū)動(dòng)電機(jī)首先工作在空載電動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)陪試電機(jī)工作在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的速度模式下，通過給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值，使其由空載自行加載直至轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速都穩(wěn)定。
4.3.4 記錄數(shù)據(jù)
① 控制精度-轉(zhuǎn)速控制精度。設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速值、實(shí)際穩(wěn)定轉(zhuǎn)速值。
② 控制精度-轉(zhuǎn)矩控制精度。設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值、實(shí)際穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩值。
4.3.5 計(jì)算公式
① 控制精度-轉(zhuǎn)速控制精度：
轉(zhuǎn)速控制精
式中: nt——轉(zhuǎn)速測(cè)量值，單位為轉(zhuǎn)每分鐘(r/min)；
nset——轉(zhuǎn)速測(cè)定值，單位為轉(zhuǎn)每分鐘(r/min)。
② 控制精度-轉(zhuǎn)矩控制精度：
轉(zhuǎn)矩控制精度
式中: Tt——轉(zhuǎn)矩測(cè)量值，單位為牛米(N·m)；
Tset——轉(zhuǎn)矩測(cè)定值，單位為牛米(N·m)。
4.3.6 結(jié)果整理與計(jì)算
① 控制精度-轉(zhuǎn)速控制精度：計(jì)算每個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值或者偏差占比。取所有目標(biāo)轉(zhuǎn)速值中偏差最大的值作為整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制精度的判定依據(jù)。
② 控制精度-轉(zhuǎn)矩控制精度：計(jì)算每個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值與實(shí)際轉(zhuǎn)矩的差值或者偏差占比。取所有目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值中偏差最大的值作為整個(gè)系統(tǒng)的在某個(gè)特定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩控制精度的判定依據(jù)。
以下表格是本中心為某新能源汽車電機(jī)企業(yè)生產(chǎn)的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行的轉(zhuǎn)矩控制精度測(cè)試數(shù)據(jù)，從測(cè)試數(shù)據(jù)可以反映該電機(jī)在低轉(zhuǎn)矩下轉(zhuǎn)矩控制精度偏差較大，最大達(dá)到7.78%，在轉(zhuǎn)矩25 N·m以上轉(zhuǎn)矩控制精度偏差較低。
表6 轉(zhuǎn)矩控制精度
4.4 響應(yīng)時(shí)間
4.4.1 測(cè)試目的
響應(yīng)時(shí)間指驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器從接收指令信息開始到第一次達(dá)到響應(yīng)期望值所經(jīng)過的時(shí)間，分為轉(zhuǎn)速響應(yīng)時(shí)間和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間。
求取驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速響應(yīng)時(shí)間，作為判定系統(tǒng)控制能力的依據(jù)。
4.4.2 測(cè)試儀器
功率分析儀、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、函數(shù)曲線記錄儀等。
4.4.3 試驗(yàn)方法
① 響應(yīng)時(shí)間-轉(zhuǎn)速響應(yīng)時(shí)間。該試驗(yàn)一般在熱態(tài)下進(jìn)行，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為空載狀態(tài)，輸入側(cè)電壓為額定電壓。該試驗(yàn)分5次進(jìn)行，沿驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子圓周取5個(gè)點(diǎn)作為各次試驗(yàn)的起始位置。各次試驗(yàn)開始時(shí)，電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，通過給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，使被試電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)自行加速直至轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。
② 響應(yīng)時(shí)間-轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間。該試驗(yàn)一般在熱態(tài)下進(jìn)行，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，輸入側(cè)電壓為額定電壓。該試驗(yàn)分5次進(jìn)行，沿驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子圓周取5個(gè)點(diǎn)作為各次試驗(yàn)的起始位置。各次試驗(yàn)開始時(shí)，電機(jī)處于靜止堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值，使被試電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)自行加載直至轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定。
4.4.4 記錄數(shù)據(jù)
① 響應(yīng)時(shí)間-轉(zhuǎn)速響應(yīng)時(shí)間。啟動(dòng)圓周位置、目標(biāo)轉(zhuǎn)速、每個(gè)起始點(diǎn)的轉(zhuǎn)速-時(shí)間曲線。
② 響應(yīng)時(shí)間-轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間。啟動(dòng)圓周位置、目標(biāo)轉(zhuǎn)矩、每個(gè)起始點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩-時(shí)間曲線。
4.4.5 結(jié)果判定
① 響應(yīng)時(shí)間-轉(zhuǎn)速響應(yīng)時(shí)間。分析每個(gè)起始點(diǎn)的轉(zhuǎn)速-時(shí)間曲線，得出該點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間。取5次試驗(yàn)中時(shí)間最長(zhǎng)的點(diǎn)作為該目標(biāo)轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)速時(shí)間響應(yīng)時(shí)間。
② 響應(yīng)時(shí)間-轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間。分析每個(gè)起始點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩-時(shí)間曲線，得出該點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間。取5次試驗(yàn)中時(shí)間最長(zhǎng)的點(diǎn)作為該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)矩時(shí)間響應(yīng)時(shí)間。
以下表格是本中心為某新能源汽車電機(jī)企業(yè)生產(chǎn)的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)，從測(cè)試數(shù)據(jù)可以反映該電機(jī)在達(dá)到同一目標(biāo)轉(zhuǎn)速(500 r/min)、同一目標(biāo)轉(zhuǎn)矩(90 N·m)，5次不同的起始點(diǎn)情況下，每次的響應(yīng)時(shí)間。從表7中可以看出，最大的響應(yīng)時(shí)間為798 ms，最小的響應(yīng)時(shí)間為689 ms。
5 結(jié)語
電動(dòng)汽車作為一種區(qū)別于依賴傳統(tǒng)石油提供動(dòng)能的普通汽車,使用電能作為其驅(qū)動(dòng)能源的現(xiàn)代交通工具,對(duì)解決日趨嚴(yán)重的資源危機(jī)與環(huán)境污染問題起到了重要作用。我國(guó)政府非常重視電動(dòng)汽車的研發(fā)創(chuàng)新，出臺(tái)了相關(guān)發(fā)展規(guī)劃，提供了良好的政策環(huán)境，支持鼓勵(lì)與引導(dǎo)電動(dòng)汽車的發(fā)展。電機(jī)作為新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心部件將成為未來的研究熱點(diǎn)。新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展將是整個(gè)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重，新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的評(píng)價(jià)對(duì)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展有著廣泛和重要的引領(lǐng)意義，希望本文研究的對(duì)新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)評(píng)價(jià)有關(guān)的測(cè)試和分析能對(duì)行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步起到一個(gè)拋磚引玉的作用。
表7 轉(zhuǎn)矩控制精度
?
.jpg)
