电动汽车驱动电机及控制系统试验台方案设计概要

中国新技术新产品 2009NO .23

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电动汽车驱动电机及控制系统试验台方案设计 樊继东

(湖北汽车工业学院, 湖北 十堰 442002 1前言

汽车已经成为日常生活中离不开的代步和 运输工具 。 但是, 随着机动车数量的逐渐增多, 环境污染和石油资源匾乏日益显著,电动汽车 因其具有绿色环保和能源利用效率高等优点, 使得世界各国都在积极努力地研究能够代替传 统汽车的电动汽车 。 电动汽车由于能够实现超 低排放甚至零排放的要求,因此得到了许多国 家政府和企业的高度重视,并被视为调整交通 能源使用结构和改善城市大气环境质量的有效 途径之一 。

2电动汽车的结构

电动汽车的组成包括:电力驱动及控制系 统 、

驱动力传动系统等 。 电力驱动及控制系统是 电动汽车的核心,电动汽车,相对燃油汽车而 言, 主要差别 (异 在于四大部件, 驱动电机, 调 速控制器 、 动力电池 、 车载充电器 。 电动汽车的 其他装置基本与内燃机汽车相同 。

由于电动汽车的核心是驱动电机及其控制 系统,驱动电机及控制器性能对整个电动汽车 的性能起到至关重要的作用,建立相关的专用 测试试验台非常迫切和必要的 。

3电动汽车驱动电机及控制器试验台 该试验台主要有以下及部分构成测功机系 统 (模拟负载

、 动力电池模拟系统 、 机械及电功 率测量系统等构成 。 3.1负载模拟系统 在进行电机的热试验 、

效率测试试验 、 测绘 电机的转矩 -转速特性曲线试验和进行电动汽 车的各种性能试验时,都需要给电机施加机械 负载 。 加载设备是测功机, 它能满足试验范围内 平稳 、 精确地调节负载和转速的大小, 同时可以

实现集中的远距离操纵 (上位机软件操作

。 电 动汽车试验台的负载模拟模块就是选用测功机 作为加载装置, 根据电动汽车的实际运行工况, 通过控制系统调节测功机的吸收功率,从而来 实现行驶阻力的实时模拟 。 测功加载装置按工 作原理可以分为水力测功机 、 机械摩擦制动器 、 磁粉制动器 、 电涡流测功机 、 电力测功机等 。 由 于电力测功机具有控制精度高 、 控制容易 、 能拖 动 、 可以将加载过程中产生的电能回馈到电网 重复利用等优点, 得到广泛应用 。

1、 底座 2、 交流电机轴承座 3、 转矩 、 转速传感器 4、 连轴器 5、 轴承座 6、 防护罩 图 1电力测功电机结构简图

在进行测功机的选择时,应该根据测功机 的特性曲线来选用测功机,以此来检查被选用

的测功机是否可以测出原动机全部运行工况下 的功率 、 转矩与转速 。 根据资料, 国外高挡大客 车的发动机最大功率大多在 160-400kW 之间, 最大扭矩大多不

会超过 2200N.m 。 国产大客车 发动机的动力性不如国外,国产发动机的最大 功率一般不会超过 300kW ,最大扭矩一般不会 超过 2200N.m 。 国内外已开发出来的电动汽车 汽电机的功率多在 9-115kW 之间, 因此, 根据 目前电动汽车所用电机的功率状况,试验台选

择 90kW 、

220kW 、 250kW 三台测功电机 。 90kW 测试高速小扭矩电机; 220kW 测试 高速大扭矩电机; 250kW 测试低速大扭矩电机 。

3.2动力电源系统

针对不同的试验内容和试验对象,电动汽 车用电机应选择不同的供电方式 。 在做电机性 能及其控制系统的试验 、 制动能量回收的试验 、 电动汽车的动力性试验时,可以选择供电网络

中的动力电源; 在做蓄电池性能试验 、

蓄电池智 能监控系统试验 、 电动汽车的能耗和续驶里程 试验时, 应当选用动力蓄电池作为电源 。

配备两 套供电方式主要是从蓄电池方面考虑::一是蓄 电池使用寿命有限,经常使用蓄电池试验会造 成不必要的浪费; 二是蓄电池属于二次电源, 放 电完毕后需要充电,充放电的过程中必然存在 能量的损耗:三是蓄电池储存的电量有限, 有时 试验需要持续时间较长, 反复试验的次数较多, 蓄电池内部储存的电量可能不能保证试验的正 常进行, 这样会使试验中断, 而直接使用电网中

的动力电源不存在这方面的问题, 比较方便 。

因 此综合考虑, 选用了上述两种供电方式, 同时尽 量避免使用蓄电池做试验台的动力电源 。 目前 有 ABin 、 Digatron 等电池模拟系统 、 可以模拟电 池的各种状态给电机供电, 价格较昂贵 。

3.3测量系统

电机试验台应能够测取电机所有的电参数 及机械参数,测量电机的输出扭矩和转速的扭 矩转速传感器,从传感器稳定性和精度要求方

面, 选用德国进口的 HBM 转速扭矩传感器 。

电机所有电参数由功率分析仪测取,包括 动力电源的电流 、 电压 、 功率; 电机三相电压 、 电 流 、

功率 、 频率等参数 。 目前市场上满足要求的 有日本横河和瑞士 LEM 的功率分析仪, 从经济 性方面考虑日本横河更为经济 。

图 4日本横河功率分析仪测试图 3.4试验台整体结构

上面对试验台的主要构成部分进行了分析 介绍, 试验台的总体进行了规划和设计, 从经济 性方面考虑,我们采用一台变频器来控制三台 测功机 (非同时控制 , 通过变频器控制切换柜 来切换, 功率计及动力电源系统均可以共用 。

图 5驱动电机试验台总体结构图 4结束语

本文人对电动汽车用电机及控制系统试验 台进行了详细的论述, 从测功机系统 、 动力电源

系统 、 参数采集系统进行了全面的分析, 试验台 从经济性 、 稳定性和可靠性等方面进行设计 。

参考文献 [1]

张强 . 电动汽车常用牵引电动机 . 城市车辆,

摘

要