新能源汽車(chē)的發展趨勢,是由集中(zhōng)驅動向分(fēn)布式發展。”7月27日,在重慶車(chē)輛檢測研究院有限公司、電動汽車(chē)資(zī)源網聯合主辦的“2017中(zhōng)國新能源汽車(chē)測試評價技術發展高峰論壇”上,深圳渝鵬新能源汽車(chē)檢測研究有限公司副總經理史瑞祥從驅動電機系統發展概況、 驅動電機系統标準法規、驅動電機系統試驗檢測等三個方面分(fēn)享他的觀點。
驅動電機發展概況
2009年3月20日,國家發布了《汽車(chē)産業調整的振興規劃》,提出了新能源汽車(chē)發展規劃戰略。此後,國家發布一(yī)系列政策,支持、鼓勵、促進新能源汽車(chē)發展。
在相關政策的激勵和促進下(xià),我(wǒ)國電動汽車(chē)得到了快速的發展。中(zhōng)國汽車(chē)工(gōng)業協會統計的數據顯示,2016年,中(zhōng)國新能源汽車(chē)(包括乘用車(chē)和商(shāng)用車(chē))生(shēng)産51.7萬輛,銷售50.7萬輛,比上年同期分(fēn)别增長51.7%和53%,同時中(zhōng)國新能源汽車(chē)銷量超過美國,成爲全球第一(yī)。
随着電動汽車(chē)的快速發展,電動汽車(chē)的核心組件“大(dà)三電”和“小(xiǎo)三電”技術均得到快速發展。大(dà)三電包括 電機(電機及變速箱系統)、電控(整車(chē)控制器、電機驅動器;動力電池管理器(BMS)等)、電池(電芯、模組、PACK系統),小(xiǎo)三電包括車(chē)載充電機、DC/DC、高壓配電盒。
2016年整個新能源汽車(chē)驅動電機的裝機量高達59.5萬台,與新能源汽車(chē)産量近似。從電機類型看,永磁同步電機是主流,裝機量超過45萬台,占比高達76%;交流異步電機裝機量超過14萬台,占比23%;其次還有混合勵磁同步電機、無刷/永磁直流電機、開(kāi)關磁阻電機裝機量近2000台,占比僅1%。
汽車(chē)産品分(fēn)布中(zhōng)有少量搭載2台以上驅動電機的車(chē)型。史瑞祥表示,新能源汽車(chē)的發展趨勢,是由集中(zhōng)驅動向分(fēn)布式發展。分(fēn)布式驅動從輪邊電機,發展到輪毂電機,布置非常方便,效率大(dà)大(dà)提高。
史瑞祥總結了驅動電機的生(shēng)産企業主要的三種形式,有汽車(chē)整車(chē)生(shēng)産企業(比亞迪等)、傳統工(gōng)業電機生(shēng)産企業轉型(大(dà)洋電機等)、專業的驅動電機生(shēng)産企業(北(běi)京精進等)。電機驅動技術相對比較簡單,但電機系統等于控制器加傳統工(gōng)業電機構成的觀點肯定是錯誤的。工(gōng)業電機與車(chē)用電機對比如下(xià):
情況非常複雜(zá),複雜(zá)的工(gōng)況要求驅動電機有寬廣的恒扭矩恒功率範圍;第二,起動扭矩大(dà),過載能力強,滿足汽車(chē)的加速、超車(chē)、爬坡等要求;第三,效率高,高效區廣,提高車(chē)輛的續駛裏程;第四,功率密度大(dà)、體(tǐ)積小(xiǎo)、重量輕,有利于整車(chē)的輕量化和小(xiǎo)型化,方便布置;第五,環境适應性強和高可靠性,适應惡劣環境;第六,能量回饋效率高,充分(fēn)回收制動産生(shēng)的電能,“再生(shēng)能量回饋”功能做得好的話(huà),對提高續航裏程也有一(yī)定幫助。
目前常用的電機有交流異步電機、開(kāi)關磁阻電機、永磁同步電機。對比發現,永磁同步電機可靠性比較好,重量輕,唯一(yī)的缺點就是成本相對比較高。交流異步電機高速性能比較優越,運行效率比永磁同步電機低。我(wǒ)國具有世界最爲豐富的稀土資(zī)源,有着永磁同步電機發展得天獨厚的條件。根據2017年的1-6月工(gōng)信部新車(chē)公告的數據來看,同步電機占比還有提高的趨勢。
史瑞祥表示,驅動電機系統發展趨勢,第一(yī)是向永磁化方向發展。由于受到車(chē)輛空間等限制,驅動電機系統除了要求高性能外(wài),體(tǐ)積與重量密度的需求性更高,故永磁電機所帶來的高效能及高功率密度優于其他種類電機。第二是向高集成度、小(xiǎo)型化、輕量化的方向發展。例如國内有些企業将DC/DC、車(chē)載充電機、整車(chē)控制器集成在一(yī)起,電機控制器及驅動電機集成在一(yī)起。
驅動電機系統标準法規
目前驅動電機測試标準不是很多,GB/T 18488是國家強制性檢驗标準。GB/T 29307檢測驅動電機可靠性,或者叫耐久性檢驗方法。昨天的沙龍環節,有企業提出了永磁同步電機退磁的問題,實際上GB/T 29307台架測試時間比較短,退磁不明顯,而且在台架測試時,工(gōng)況是固定的,而退磁的主要原因是高溫環境影響,和路況以及駕駛習慣是有關系的。
從國外(wài)的标準情況來看,有關驅動電機系統标準也并不多,C-TRIAS_99是日本的标準,要求最大(dà)功率和額定功率溫升的測試方法,UL1004-1是旋轉電機标準,IEC 69785 電動道路車(chē)輛用旋轉電機(國際電工(gōng)委員(yuán)會),ECE R85 用于驅動 M 類和N 類汽車(chē)的内燃機淨功率或電力驅動機構。
從強制性标準檢驗項目來看,隻有美國是非強制的。從設置項目來看,中(zhōng)國設置二十多項标準,包括電機的性能、溫升、保護功能、溫度、濕熱等試驗,比較全面,對整車(chē)和企業技術開(kāi)發有很好的指導作用。美國标準有三十多項,主要側重點在安全保護和環境适應性等方面。歐洲和日本的标準要求項目比較少。
标準檢驗項目包括性能檢測、電氣安全、環境适應性、可靠性、電磁兼容。性能檢測方面,包括轉矩-轉速特性(MAP圖)、溫升、堵轉、控制精度等。電氣安全包括安全接地、控制器保護功能、支撐電容放(fàng)電時間。環境适應性方面,包括高低溫、濕熱、鹽霧、防水防塵、振動。可靠性方面,要求402h考核電氣可靠性和機械可靠性,暫時未強制要求。電磁兼容,主要檢測電磁輻射騷擾及抗擾性,由于其檢測成本較高,暫時未強制要求。
驅動電機系統試驗檢測
驅動電機測試系統主要由測功機、直流電源、數據采集三個部分(fēn)構成。第一(yī)部分(fēn)測功機部分(fēn)主要是測量驅動電機輸出的扭矩、轉速、功率等參數;第二部分(fēn)直流電源主要是模拟動力電池給驅動電機及控制器提供直流電源和再生(shēng)能量回饋時能量回收;第三部分(fēn)參數采集部分(fēn)主要是采集輸入控制器的直流電壓、直流電流、功率,還有控制器輸入的三相電壓、電流、交流部分(fēn)總功率、頻(pín)率等。
目前在行業内測試台架的方案主要有三種:電渦流測功機、電力測功機、對拖測試系統。電渦流測功機方案的缺點是不能驅動隻能加載,無法進行再生(shēng)能源回饋,優點是價格比較低廉。對拖測試系統方案價格同樣較低,但技術技術難度較高,一(yī)般是具有控制器開(kāi)發和操控能力的企業在使用,是目前驅動電機企業使用較爲廣泛的一(yī)種測試方式。電力測功機方案精度高,可靠性好,但價格昂貴,主要是檢測機構及大(dà)型驅動電機生(shēng)産企業在使用。
檢測中(zhōng)容易出現的問題,是企業比較關心的問題。标準要求型式檢驗應從出廠檢驗合格的産品中(zhōng)抽取,标準明确要求送樣數量爲3套,其中(zhōng)兩套供型式檢驗,另1套保存備用,3套樣品中(zhōng)有兩套完全符合要求才算是合格。檢驗周期方面,公告對檢驗周期沒有要求,正常生(shēng)産兩年應進行一(yī)次複核,但公告沒有要求,公告不受到影響。電機及控制器銘牌要求是有明确要求,企業如果不注意,可能就會有缺項。電機型号命名要求,公告檢驗未做強制要求。
MAP圖方面,無論是電動狀态或者驅動狀态MAP圖測試測試點的選擇很重要,在整個工(gōng)作轉速範圍内一(yī)般取不少于10個轉速點,在每個轉速點上取不少于10個轉矩點,對于高速狀态轉矩點可以減少,但不低于5個轉矩點。包含額定轉速、持續扭矩特征點。測試點要均爲分(fēn)布不少于100個點。
鹽霧實驗要求電機和控制器進行鹽霧試驗48h後,恢複(1-2)h,幾乎都能達到要求。但有的通電檢查電機及控制器,會發生(shēng)控制器打火(huǒ)或者電機冒煙、鏽蝕等情況,這是由于密封(尤其是線纜孔和插接件的部位)和表面防鏽處理達不到要求,導緻電機和控制器腐蝕或損壞絕緣。
防護等級方面,标準要求防護等級滿足IP44或者更高等級的防護要求即可。但是在2017年1月發布實施的《電動客車(chē)安全技術條件》中(zhōng)要求安裝在客艙地闆以下(xià)且距地面500mm以下(xià)的B級電壓電氣設備防護等級不低于IP67。目前大(dà)部分(fēn)驅動電機位于客艙地闆以下(xià)且距地面500mm以下(xià),需要進行IP67的防護等級試驗。經常出現電機和控制器在防護等級試驗後,通電檢查不能繼續使用情況,這是由于密封達不到要求,導緻電機和控制器進水進塵絕緣損壞。
耐振動試驗(正弦振動和随機振動)中(zhōng),經常出現一(yī)個問題,振動使電路闆上引腳或元器件損壞,導緻振動後電機或者控制器無法工(gōng)作,電機繞組串動、絕緣損壞、鐵芯松散。這說明控制器焊接技術需要提高,電機裝配技術需要提高。
可靠性試驗方面,耐久試驗中(zhōng)由于電應力、熱應力、機械應力,存在永磁體(tǐ)性能下(xià)降,電機繞組絕緣老化,電機軸承出現磨損等情況。控制器由于電應力,有IGBT擊穿等情況。
EMC測試方面,标準中(zhōng)電磁輻射騷擾和電磁輻射抗擾性項目要求是驅動電機系統在運行中(zhōng)所産生(shēng)的電磁輻射騷擾應符合産品技術文件規定。驅動電機系統在運行中(zhōng)規定較爲寬泛,由于目前國内電磁兼容設備水平所限,大(dà)部分(fēn)驅動電機電磁兼容項目是在空載下(xià)測試完成。實際情況不同帶載情況的電磁兼容測試結果差異較大(dà)。空載的測試結果不能準确反映車(chē)輛運行過程中(zhōng)電磁兼容情況。相關的标準也在制定中(zhōng)。
可靠性測試(GB/T 29307-2012)方面,該标準可靠性試驗方式沒有區分(fēn)混合動力、純電動等具體(tǐ)使用工(gōng)況進行針對性的可靠性考核,統一(yī)采用同一(yī)種工(gōng)況。因此,在此後标準修訂的時,可能會考慮到各種工(gōng)況針對性的可靠性測試。