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行业综述-车用电机测试

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行业综述-车用电机测试

作者:
宋强
来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2020/04/15 09:46
浏览量

一、2018年车用电机测试技术发展总体情况

 

2018年,在车用电机测试领域:

其一、电力测功机的最高工作转速向着高速化方向发展,超过20000r/min的高速电力测功机受到重视;

其二、面向车用驱动电机系统生产的自动下线性能检测和质量控制设备受到重视,成为了车用电机生产企业缩短产品终端检测时间、提高生产效率,降低检测成本、提高产品质量的重要保证;

其三、电机系统可靠性国家标准进入修订阶段,可靠性和故障诊断技术在测试台架和车载检测方面进行了应用研究,NVH特性测试、电磁兼容特性测试仍旧是行业关注的重点;

其四、寻求为电机控制器单独制定相关技术条件和试验方法标准,引导更多企业进入车用驱动电机控制行业;

其五、电机测试技术的网络化管理和云端平台仍旧是建设现代化检测平台的方向之一,台架系统通讯网络化、控制数字化、测试自动化是趋势,大数据分析、数据挖掘成为分析的重要手段;

其六、随着碳化硅技术在电机控制器中的应用,高效高频复杂谐波条件下车用驱动电机系统测试精度的提高成为了研究重点;

其七、基于电机控制器硬件在环的功率级电机模拟器逐步成熟,并在行业获得应用。

 

二、2018年技术发展特点

 

1、2018年国内车用电机测试技术总体进展及特点

 

2018年,电力测功机仍是车用驱动电机系统性能测试的主流负载设备,在科研机构和整车及零部件企业的研发生产中获得广泛应用。在技术实施过程中,采用电机对拖形式的电机性能检测方式应用规模较大,可以有效降低试验成本,同时,越来越多的企业购置了采用专用软硬件结构的电力测功机,提高了试验精度。

 

国产的专用电力测功机凭借较低的价格和良好的服务在应用市场中占有一席之地,但是在试验台架的协同控制、动态响应能力、软件性能和试验管理方面还存在诸多不足;与此同时,来自国外的专业化测功设备占领了国内的高端市场,在试验检测过程的可靠性、检测精度和硬件在环试验方面具有突出优势。

 

以电力测功机作为负载主体形成了电机测试台架的自动化控制和检测网络,将测功设备、电池模拟设备、传感器、检测分析设备、硬件在环设备、被测电机等形成一个自动化网络化的试验平台,利用软件设计和系统控制方法,提高了试验检测的自动化程度和试验数据的分析能力。

 

随着驱动电机向高速化和小型化发展,对更高工作转速的电力测功机需求增强,15000r/min的最高工作转速已经开始不能满足研发需要,超过20000r/min的高速电力测功机受到重视,但是受到控制技术和测功电机生产水平的限制,国内测功机生产厂家所能提供的较为成熟的大功率测功产品基本在10000r/min之内,还没有形成对未来市场需求的技术支撑。

 

另外,碳化硅高压高频高温控制技术的应用,以及“电机系统+减/变速器+差速器”集成结构、电驱动桥、轮毂/轮边驱动方式和48V电驱动系统的商业化应用为测试设备的制造和测试方法的更新提出了新的需求。

 

车用驱动电机产业化规模的扩大需要高效快速的自动化检测设备,一方面,在电机下线检测过程中需要快速的连接和夹紧装置以增强安装的快速性和可靠性,国内电机企业进行了大量的夹具研制和开发工作,提高了安装效率;另一方面,在下线检测的快速性和自动化方面,国内企业的研究还非常不足,检测过程自动化水平不够,人工工作量较大,电机下线检测时间偏长,制约了电机高效产业化生产,提高了生产成本,自动化和快速化的高效检测设备成为了车用电机生产企业缩短电机下线终端检测时间、提高生产效率,降低检测成本、提高产品质量的重要保证。

 

国内能够提供较高自动化程度的电机下线测功机的供应商非常少,技术成熟度不够,国内车用电机生产企业开始从国外引进了部分相关设备以满足大规模产业化生产的需求。

 

两项国家标准《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》继续用于产品的试验和公告管理,新的国家标准《GB/T36282-2018电动汽车用驱动电机系统电磁兼容要求和试验方法》也已经公布,为电磁兼容测试提供了试验和评价方法。电机系统可靠性国家标准进入修订阶段,整车和电机企业及科研机构进行了相关试验和技术讨论工作。车用IGBT等关键零部件的标准受到重视。

 

车用电机控制器技术标准和试验方法被行业所关注,寻求为电机控制器单独制定相关标准,将为电机控制器技术指标的完善奠定基础,有利于摆脱了现阶段车用电机和电机控制器只有一体化系统试验方法的制约,并引导更多的企业进入车用驱动电机控制行业,促进控制器水平的提高,为整车企业提供更多的控制器类型和厂家的选择。

 

车用电机系统的快速可靠性检测和故障诊断技术获得重视,常规的基于大样本数据分析的可靠性试验体系和评价方法还没有建立,影响了车用电机系统性价比的提高。基于异类传感器信息融合的可靠性和故障诊断技术在测试台架和车载检测方面进行了研究,有助于产品的可靠性分析和寿命预测,并为大批量生产的质量保证提供技术支持。随着产业化技术发展,车用电机系统的耐久性、电磁兼容性、NVH特性仍旧是测试和研究的热点,影响了电机零部件产业化水平和性价比的提高。

 

2018年,除了原有的单个台架测试系统的网络化通讯技术、数字化控制技术和自动化测量技术需求之外,对多个测试平台的网络化管理技术和云端技术也是平台建设的新需求,从试验调度、试验安排,到试验数据的分析和数据挖掘等,都实施分级网络化管理,更加注重试验数据的分析和挖掘以促进电机产品性能和可靠性的提高,更加注重云端平台的数据传输和管理,更好的服务于科研开发和生产制造。

 

面向驱动电机和控制器的硬件在环技术和设备越来越成为电机测试台架的标准配置。电机测试台架的整车传动结构及负载的建模和实时模拟技术为新型电机和控制技术的开发奠定了技术基础,也促进了整车动力传动系统的开发,有利于整车动力性、经济性、舒适性的前期性能测试和验证,节省了开发成本,缩短了开发时间。面向电机控制策略及软件开发的信号级硬件在环仿真系统在控制策略开发和测试中获得广泛应用,面向电机控制器的功率级硬件在环仿真技术开始受到重视,面向电机控制器硬件在环的功率级电机模拟器逐步成熟,国内外企业已经推出相关产品,并在行业中获得应用。

 

2、2018年国内车用电机测试技术实现的主要技术突破点

 

电机测试系统的数字化控制和网络化集成逐渐普及,在增强单个测功台架自动化水平的同时,多个测试台架的协同管理成为了电机测试技术的新需求,依据客户需求进行定制化设计和开发,实现电机测试环境的集成化、网络化管理,实现多个测试平台的协同调度,实现电机测试过程中云端平台的建设和应用,实现电机试验数据的大数据分析和电机系统的性能和功能的技术挖掘,为电机测试技术的发展和测试设备功能的充分发挥提供了新的技术手段。

 

国产的大功率电池模拟器开始推向市场,具有了与国外产品相当的静态性能和动态性能,在电机测试台架中的配置越来越普遍,性价比更高。电机模拟技术也获得青睐,国际上推出了几种电机模拟器产品,并开始进入中国市场,国内的供应商也适时推出了大功率电机模拟设备,提供了电气接口和机械接口,具备性能分析功能和故障注入功能,为电机控制器开发提供了硬件在环技术模拟试验平台。硬件在环技术可以结合车辆动力传动系统建模和车用电机建模,并实现功率级实时仿真功能。

 

面向车用电机驱动系统产业化生产的产品下线性能和故障自动化检测设备应用增多,具备了电机的快速夹装和工作区域的自动化检测功能,结合传感技术,为电机产品的下线提供了高效快速的自动化检测,缩短了电机下线终端检测时间,提高了生产效率,降低了检测成本,确保了产品质量。

 

2018年公布了针对车用电机系统的电磁兼容国家标准,也在车用IGBT、DC/DC等关键零部件模块的性能要求和试验方法方面进行了广泛的讨论,同时完成了电机控制器技术条件和试验方法相关标准建立的可行性及必要性分析,为引导车用电机系统及其关键零部件的研发、生产和试验提供了技术支撑。

 

3、目前亟需解决的技术难点及解决方案

 

目前亟需攻克车用电机系统检测过程中的若干关键技术问题,并促进先进检测技术提高和产业化应用。

 

首先,需要提高电机系统检测过程中的高精度和高效性。充分利用自动化技术、计算机技术、控制技术等,增强测试装置的高速数据采集和分析能力,减少自动化试验过程中的人为调整和干涉,在机电协同方面增强电机性能检测和标定的效率。提高大功率电力测功机的最高工作转速至20000r/min左右,适应车用电机系统高速化和小型化的发展趋势,并为碳化硅技术在车用电机控制中的应用提供试验平台。在检测过程中,基于异类传感器的信息融合和数据分析,采用电机故障诊断技术,实现对所生产电机性能的评价和故障电机系统的快速筛选。

 

其次,加强电池模拟器、电机模拟器等关键试验设备的软硬件开发,提高产品可靠性,并与车用电机系统的测试台架实现无缝结合。一方面要开发高精度的车辆传动系统模型库以及人-车-路模型库,为基于电驱动系统的硬件在环试验提供模型基础;另一方面要研究测试台架与被试电机系统在试验检测过程中的耦合关系,实现机电动力学和运动学的准确模拟,提高测试准确性。

 

加强车用电机系统可靠性、电磁兼容性、振动噪声等和产业化及产品质量密切相关的试验方法研究,结合车辆的工作环境和负荷需求,考虑试验成本,加强试验方法对产业化的影响分析,合理设计试验条件,避免过强度考核和欠强度考核,为提高车用电机产品的性价比奠定基础。

 

加强电机系统关键零部件的试验测试技术研究,包括电机控制器、高速轴承、高耐压绝缘材料、SiC MOSFET模块、高效低噪声硅钢材料等,结合车载工况,研究技术条件,提出试验方法,开发专用试验测试设备,这将为高性能车用电机系统的发展提供开发、测试和验证平台。

 

三、2018年典型类别电机的测试情况介绍

 

2018年,车用驱动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对车用电机系统进行试验验证和技术对标工作,《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》两项国家标准在电动汽车产品认证公告体系中使用,《GB/T36282-2018电动汽车用驱动电机系统电磁兼容要求和试验方法》公布并实施,整车和电机企业对此标准进行了重点关注,并进行了相关的技术测试和性能分析。由于测试内容范围的扩大和测试严酷程度的提升,测试成本和测试时间增加,但是也增强了对电机系统的可靠性和安全性的保障,测试结果暴露了国内现阶段车用电机系统存在的技术短板,有利于进一步的技术改进。

 

“车用电机系统+减/变速器+差速器”集成结构、电驱动桥、轮毂/轮边驱动方式和48V电驱动系统的测试方法在2018年获得重点关注,但是国内现有的测试体系还不能充分满足以上新产品性能测试及产业化发展的需求,还没有形成完善的测试方法,现阶段主要是根据现有的标准体系进行适当修改以满足试验测试的需要,或者基于厂家的设计参数或者整车单位的技术需求进行特殊的试验设计,试验测试方法不具有普遍性,专用的试验设备开发欠缺,测试结果的全面性和可行度不足,这就为新型测试设备的开发制造和测试方法的更新提出了更高的要求。

 

同时,现有的测试设备和测试方法还无法满足高压高频高温碳化硅控制下的车用电机系统高精度测试需求,新的测试方法以至于测试设备还有待于进一步研究。

 

四、未来几年车用电机测试技术的发展趋势

 

在未来几年,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、自动测试技术和数据挖掘技术相结合,将推动测试设备对电机功能的深度开发和充分利用;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,分别依托于电机测试台架、电机控制策略开发和电机控制器的硬件在环仿真和试验测试技术将更为成熟,并成为技术发展的主要方向之一。

 

同时,由于碳化硅新技术在电力电子行业的应用和普及,适用于高温高频高效控制条件下的电机及控制器的高精度测试技术将获得发展。

 

 

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