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车用电机测试

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车用电机测试

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2017/01/03 14:50
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  1、技术发展总体情况

  2015年,受国家政策利好和电动汽车整车行业快速发展的影响,车用驱动电机系统的产业化水平获得快速发展,主要车用电机生产企业在生产能力、产业化水平和销售额等方面有了大幅提高,车用电机测试技术也相应得到进一步的提升,并面临着新的挑战,主要表现为:

  第一,新的国家标准颁布实施,新标准促进了车用驱动电机系统测试技术的升级进度,促进了车用驱动电机系统性能精度的提升;

  第二,进一步加强了交流电力测功机测试台架的能力建设,台架系统网络化、控制过程数字化、测试过程自动化趋势明显;车用驱动电机系统和电驱动动力总成的测试能力均获得提高;

  第三,面向大批量生产的下线检测技术受到行业广泛关注,测试自动化水平直接影响车用电机系统性能精度的一致性和生产效率的提高;

  第四,车用驱动电机系统(含电驱动动力总成)的NVH特性、电磁兼容特性、可靠性测试方法成为整车企业和电机企业关注的重点,是影响电动汽车整车产业化发展的关键因素之一;

  第五,高端测功设备仍旧被国外厂商垄断,国内测功机研制和生产状况堪忧,国内供应商数量少,规模小,联合研发缺失,无法满足高端试验测试的市场需求。

  2、技术发展特点

  (1)国内车用电机测试技术总体进展及特点

  2015年,《GB/T18488.1-2015 电动汽车用驱动电机系统 第1部分:技术条件》和《GB/T18488.2-2015 电动汽车用驱动电机系统 第2部分:试验方法》两项国家标准颁布实施,与原有2006版标准相比,新标准在电机系统的快速响应特性、电气安全特性、馈电特性、效率特性、环境适应性、可靠性等方面加强了试验测试的要求,在参数测试的完备性及精确性方面做了提升,对测试系统的自动化水平也提出了一定的技术要求。针对新标准的实施,一方面,国内相应的实验认证机构开始提高试验测试能力,北京理工大学电动车辆工程技术中心、国家轿车质量监督检验中心(天津)等单位已经开始相应的检测能力的扩展,先后建设完成了带有电力测功机负载的高低温及湿度实验舱、电磁兼容实验室等设施;另一方面,整车和电机企业也开始加强试验测试和技术开发能力的建设。新标准的实施,不但有利于促进我国电机试验测试技术的提升,也有利于车用驱动电机系统进一步向高性能、高可靠性方向发展。在此基础上,为了弥补新标准的不足,适应现阶段永磁同步电机和异步电机市场占有率较多的现状,专注于交流异步电机和永磁同步电机技术条件和试验方法的行业标准也讨论完成,处于审核待发布状态。

  2015年进一步加强了基于交流电力测功机的测试台架的能力建设,台架系统网络化、控制过程数字化、测试过程自动化趋势明显。基于IGBT四象限工作的动态交流电力测功机测试台架获得进一步的普及,测功电机的控制基本建立在通用变频器基础上,最高工作转速一般在8000-20000r/min之间,超过20000r/min的电力测功机应用较少。在测功台架构成方面,被测试电机系统、电力测功机、电池模拟器、电功率分析仪、转矩转速传感器、冷却设备、以及相应的测控仪器和试验工装的集成度和网络化管理进一步增强,通过各种机械的和电气的接口,形成了集成测试网络系统,通过上层控制器实现协调工作,完成电机试验工况的自动加载。在测试方法方面,传统的利用人工控制工作点的测试方法仍旧占据主流,但是集成了自动数据采集、数据实时分析、测点自动控制和测点状态自动监测等功能的数控自动测试系统得到了开发和初步应用。在测试参数方面,现阶段仍然以基于稳态工作点的性能测试为主,电机系统的动态响应特性及动态负载特性的测量仍旧受到测试自动化程度和测功系统响应程度不高的限制,同时,在动态试验方法方面研究的不足也制约了测量精度的进一步提升。在电机系统应用层面,电机+变速箱等动力传动总成的指标体系和测试方法成为关注的重点,依托于交流电力测功机台架技术,电传动动力总成的试验测试技术获得快速发展,三轴动力测功机系统得到了开发和应用,可以从事电机及变速箱总成的性能试验,但是其自动化水平有待于进一步提高。

  电机系统在生产制造过程中的在线检测技术是确保产品性能一致性和可靠性的关键,有利于提高产品质量和生产效率。随着车用电机产业化发展,电机系统整机及零部件的在线质量检测控制需求增大,2015年以来,国内开发应用了车用电机及电驱动动力总成台架试验的快速连接装置,利用机械工装自动化技术,减少台架试验前的装配时间,实现试验设备的快速对中及夹紧,提高了试验效率,但是该试验装置的工作精度稳定性还有待于进一步提高。近几年来,上海电驱动、精进电动、大洋电机等企业也引进了国外的在线检测设备,并在电机系统的生产中获得应用。

  2015年,电机系统的可靠性耐久性、电磁兼容性、NVH特性成为测试和研究的热点,其性能的好坏直接影响电动汽车整车的行驶可靠性、乘坐舒适性和驾驶稳定性。电机系统可靠性的台架试验和车载试验体系正在逐步建立,但是其评价体系还有待于在大数据分析基础上做进一步完善。电磁兼容性、NVH特性方面的性能指标、限值要求和测试方法正处于前期试验阶段,整车企业、电机零部件企业及科研机构正紧密联合,以求在技术和工艺上进行完善,尽可能的确立相应的国家标准体系。长安汽车、上海电驱动股份有限公司、国家轿车质量监督检验中心(天津)等单位也单独或者联合国内外企业在车载电机系统的工作噪声和振动特性等方面进行实车和台架试验验证。

  国内在电机测试台架的关键核心部件的技术开发和自主知识产权方面非常欠缺,高端变频器和高速测功机均依靠进口,电池模拟器的快速响应能力与国外产品还有较大差距,台架自动测试技术还不成熟,基于交流电力测功机硬件平台的快速原型试验技术几乎为零。因此,国内使用的高动态交流电力测功机、电池模拟器、电功率分析仪等高端设备仍旧被国外厂商垄断,而国内开发商仍旧处于规模小、利润低、数量少、联合研发极度缺失的状态,阻碍了产品性能的提升和市场推广。

  (2)国内车用电机测试技术实现的主要技术突破点

  截至2015年,发布实施了《GB/T18488.1-2015 电动汽车用驱动电机系统 第1部分:技术条件》和《GB/T18488.2-2015 电动汽车用驱动电机系统 第2部分:试验方法》两项主要的国家标准,基本建立了车用电机系统指标体系和测试技术的标准框架。在电机系统的电气安全测试方法、可靠性测试方法、环境适应性测试方法和动态性能测试方法等方面达成行业一致;在永磁同步电机、异步电机等电机的特性测试、以及电机系统的振动噪声、电磁兼容性能测试等方面正在形成指标体系和相应的测试方法。

  以电力测功机为主体的电机测试台架的数字化控制和网络化集成更为普及,成为测功机供应商的标准配置,不仅仅实现了测功机、传感器、电池模拟器、功率分析仪等设备在结构和功能上的网络化集成,也将被测电机系统通过通讯接口和快速机械连接装置与测功机系统相连接,完成被测电机的快速拆装和测试过程的自动控制;试验台架的上层控制器获得不断升级,通过软硬件设计和测试参数的设定,实现了被测电机负载的自动模拟功能,完成试验数据采集和分析。面向电机动力传动一体化系统测试的三轴交流电力测功机获得了开发,能够更好的测试电传动系统的驱动-负载特性。

  (3)目前亟需解决的技术难点及解决方案

  目前我国缺乏对电机试专用高性能仪器设备的开发,高端主流台架试验设备全部来自海外供应商,对于电机测试的硬件在环半实物仿真和整车性能模拟技术,更是缺乏相应的系统性研究,形成了重车用电机系统开发,轻试验设备和测试工具开发的不利局面。同时,面向车用电机系统产业化生产,我国缺乏相应的生产线在线快速检测方面的技术工艺和相关设备。

  车用电机系统的电磁兼容特性、振动噪声特性等方面的试验检测已经获得行业的普遍重视,但是其测试指标体系、测试方法和参数限值还存在缺失,成为制约电机系统发展的技术瓶颈。对此,国内开始了相关的技术研究和标准建设工作,但是还不足以支撑形成相应的行业规范或标准,仍旧需要后续大量试验数据的支持。

  面对以上问题,需要我国在更加深入研究和开发高性价比车用电机系统的同时,进一步完善和明确技术指标及评价体系,研发高端高附加值的试验测试设备,实现电机测试过程中软件和硬件协同工作,加强测试过程自动化技术研究,为车用电机和整车系统的开发提供高效的测试和研发环境。

  3、典型类别电机的测试情况介绍

  在2015年,车用电机系统性能检测认证机构、高等院校、研究院所、整车企业和车用电机制造企业继续对各种类型的车用电机系统进行试验验证和技术对标工作,测试分析的电机类型主要涉及永磁同步电机和异步电机,采用的方法包括台架试验测试和车载试验测试。国家测试认证机构开始根据新的国家标准(GB/T18488.1-2015、GB/T18488.2-2015)完成各种类型车用电机系统的性能测试和技术认证;科研机构和高等院校积极探索新型试验测试技术,进行车用电机系统的可靠性测试、性能分析和技术改进等开发工作;而整车企业和电机制造企业则面向产业化发展,在车用电机系统的电气安全性、可靠性、耐久性、环境适应性、电磁兼容性、振动噪声等方面加强性能测试和技术对标,同时加强对电机动力传动一体化系统的性能测试技术开发,从而生产制造具有更佳动力性、可靠性、经济性和舒适性的电动汽车产品。

  4、未来几年车用电机测试技术的发展趋势

  在未来几年中,基于高性能交流电力测功机系统的电机测试平台的数字化控制、自动化测试和网络化集成将更加普遍,利用互联网技术的测试台架也将出现,互联网技术和自动测试技术的结合,将推动测试过程自动化的进一步发展;计算机仿真软件、试验台架和被试电机相结合的程度越来越大,基于交流电力测功机的面向整车性能设计的车用电机硬件在环半实物仿真技术将更为成熟,依托于电机台架测试技术完成整车动力性、经济性的开发,将大大缩短开发周期;针对电机动力传动一体化系统的多轴电力测功机平台将会获得广泛应用,面向电机生产线的在线快速检测技术将更加成熟,相关的试验测试设备开发和应用将会普及。

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