CN102706564A - 一种电动汽车电机试验***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车电机试验***，用于解决现有技术中的电机试验***无法满足电动汽车电机在额定转速点以下恒转矩，额定转速以上恒功率加载的问题。该***包括：被测电机控制器，与被测电机相连，用于控制被测电机模拟电动汽车运行时电机的状态；交流电力测功机，与被测电机轴输出端相连，用于为被测电机及控制器提供负载，以模拟电动汽车实际运行时所需要的动力输出；测功机控制器，与测功机相连，用于控制测功机在测电机模拟电动汽车运行时，为被测电机及被测电机控制器提供阻力；转速转矩传感器，与被测电机的输出轴相连，用于测量被测电机的转速和转矩。该***可以提高对电动汽车电机测试的准确性。

Description

一种电动汽车电机试验***及控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车用电机试验领域，具体而言涉及一种电动汽车电机试验***及控制方法。

背景技术

电动汽车动力驱动***要求调速范围宽、起动转矩大、后备功率高、功率密度大、可靠性好、具有恒转矩和恒功率区等。基于蓄电池的容量方面考虑，要求电动机的比功率、比转矩和效率都尽可能地高。同时，为了使整车性能达到最佳匹配，还要求电动机公路车必须满足整车的动力性能、满足最高车速、爬坡、满载加速等性能要求。可见，作为整个***的动力来源的电动机及控制器是决定电动汽车性能的直接因素，因此，对电动汽车电机及控制器的性能试验是非常重要的。

目前常用的测功机主要有直流电力测功机，电涡流测功机和水力测功机。

直流电力测功机由直流电机、测力计和测速发电机组合而成。直流电机的定子由独立的轴承座支承，它可以在某一角度范围内自由摆动。机壳上带有测力臂，它与测力计配合，可以检测定子所收到的转矩。转轴上的转矩可以由钉子上测量。与直流电机电机类似，直流测功机调速性能好，控制简单，单，但由于换向器的原因，不适合高速运行，而且大功率的测功机相对与其他类型，体积较大。不适用于动力电机测试。

电涡流测功机，是利用涡流产生制动转矩来测量机械转矩的装置。它由电磁滑差离合器、测力计和测速发电机组成。它无法满足电动汽车电机在额定转速点以下恒转矩，额定转速以上恒功率加载的特性；同时，水利测功机同样无法满足该特性。此外，这两种测功机均不能满足电动汽车及控制器的馈电试验要求。其中，恒转矩/恒功率输出是指是指电机不管转速如何变化均可以某一固定转矩值输出。恒功率输出是指电机不管转速如何变化均可以某一固定功率值输出。馈电试验是指电动汽车电机及控制器在实际工况中需要将发出的电充到汽车电池中，为检验该功能而进行的试验。

发明内容

本发明提供了一种电动汽车电机试验***，用于解决现有技术中的电机试验***无法满足电动汽车电机在额定转速点以下恒转矩，额定转速以上恒功率加载的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种电动汽车电机试验***，包括：被测电机控制器，与被测电机相连，用于控制被测电机模拟电动汽车运行时电机的运行状态；交流电力测功机，与被测电机轴输出端相连，用于为被测电机及控制器提供负载；测功机控制器，与测功机相连，用于控制测功机在测电机模拟电动汽车运行时，为被测电机及被测电机控制器提供负载；转速转矩传感器，与被测电机的输出轴相连，用于检测被测电机的转速和转矩。

其中，上述转速转矩传感器与被测电机的输出轴通过高速膜片联轴器连接。

其中，上述转速转矩传感器为交流电力测功机自带的转速转矩传感器。

进一步地，上述***还包括：带馈电装置的整流电源，设置于电机与电动汽车电池之间，用于对电机进行馈电检验。

进一步地，上述***还包括：能耗单元，与被测电机相连，用于吸收被测电机以及被测电机控制器在制动状态时发出的电能。

其中，上述被测电机与交流电力测功机通过联轴器连接在一起。

其中，上述交流电力测功机控制器通过直接转矩控制方式对交流电力测功机进行控制。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电动汽车电机试验控制方法，包括：控制被测电机的运行，以模拟电动汽车运行时电机的状态；根据被测电机的运行状态控制交流电力测功机为被测电机提供负载；检测被测电机在各运行状态对应的速度值及转矩值。

其中，根据被测电机的运行状态控制交流电力测功机为被测电机提供负载包括：当被测电机处于牵引工况时，交流电力测功机按照转矩进行闭环控制，为被测电机的提供牵引阻力负载。

其中，根据被测电机的运行状态控制交流电力测功机为被测电机提供负载包括：当被测电机处于电制动工况时，控制交流电力测功机为被测电机提供制动阻力负载。

本实施例的电动汽车电机试验***采用的是交流异步变频电机，该电机在电动和发电工况均具备额定转速点以下恒转矩，额定转速以上恒功率加载的特性。因此，本发明的电动汽车电机试验***能够在电动汽车处于各工况时，为被测电机提供负载，模拟电动汽车实际运行时所需要的动力输出。进而提高对电动汽车电机测试的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例1的电动汽车电机试验***的组成部分示意图；

图2是本发明实施例1的电动汽车运行速度曲线图；

图3是本发明实施例2的电动汽车电机试验***结构框图；以及

图4是本发明实施例3的电动汽车电机试验控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例1的电动汽车电机试验***的组成部分示意图。

如图1所示，该电动汽车电机试验***10包括以下组成部分：

被测电机15以及被测电机控制器11，与被测电机相连，用于控制被测电机模拟电动汽车运行时电机的状态，以控制电动汽车的动力情况。

交流电力测功机12，与被测电机轴输出端相连，用于为被测电机及控制器提供负载，以模拟电动汽车实际运行时所需要的动力输出；

该交流电力测功机可以模拟被测电机以及被测电机控制器的负载，进而模拟出电动汽车实际运行所需要的动力输出。

测功机控制器13，与测功机相连，用于控制测功机在测电机模拟电动汽车运行时，为被测电机及被测电机控制器提供阻力。

转速转矩传感器14，与被测电机的输出端相连，用于检测被测电机的转速和转矩。

本实施例中的上述被测电机与交流电力测功机12可以通过联轴器连接在一起。这样靠联轴器可以将被测电机输出的力传递给交流电力测功机。

上述交流电力测功机控制器13可以通过直接转矩控制方式对上述交流电力测功机12进行控制。该方式应用在对转矩测量精度要求较高的电动汽车的动力试验中，与传统的控制方式相比，它对转矩的控制精度可达到0.3％，可以提高控制精度。

由于转矩和转速是被测电机及被测电机控制器（即电动汽车动力***）性能的直接体现，同时也能反应出电动汽车动力***的匹配度及合理性，为电动汽车配置合理的动力***提供依据。因此，对上述转速转矩传感器与被测电机的连接可靠性要求非常高。本实施例中的转速转矩传感器14可以与上述被测电机的输出轴通过高速膜片联轴器连接，这种连接方式可以承受高速运转以及满负载长的时间运行，并减少对整体电机试验***的控制精度以及测量精度的影响。此外，该转速转矩传感器14还可以采用交流电力测功机自带的转速转矩传感器。由于交流电力测功机与转速转矩传感器为一个整体，可以进一步地提高电机试验***的精准性。

在上述***10中，被测电机及交流电力测功机构成了一个闭环主电路循环***，牵引工况时被测电机和交流测功机分别处于电动机和发电机状态，能量互为消耗，对电能耗费量小，只需控制电能和机械摩擦耗能。被测电机及电机控制器用于实现汽车的牵引和电制动工况；交流测功机受交流电力测功机控制器的控制模拟电动汽车行使过程中遇到的动态阻力。

本实施例的电动汽车电机试验***主要实现牵引工况以及电制动工况，以下对这两种工况进行详细说明：

在牵引工况下，被测电机及控制器模拟电动汽车牵引，其输出功率经变速器传递至处于发电工况的交流电力测功机，交流测功机按照转矩闭环控制，模拟电动汽车的阻力负载。在电制动工况下，交流电力测功机继续模拟电动汽车在制动过程中的阻力变化，而被测电机及电机控制器则在飞轮的惯性旋转的带动下处于发电工况，模拟实现电动汽车再生能量的电阻消耗或者反馈。

在实现上述两种工况的过程中，被测电机及其控制器依次实现电机的恒力矩、恒转速和自然特性，以及电动汽车的牵引加速、惰行和制动减速三个过程。在电机控制器的牵引控制和负载控制共同作用下，对电动汽车电机整体情况进行试验，可以如图2所示的电动汽车运行速度曲线图，通过对该图的分析可以得出电动汽车运行在不同工况下的被测电机特性。

本实施例的电动汽车电机试验***采用交流电力测功机，该测功机在电动汽车处于电动和发电工况时，具备额定转速点以下恒转矩，额定转速以上恒功率加载的特性，并且采用转矩控制来保证恒转矩加载以及转速控制，保证了恒转速的加载。此外，根据交流电力测功机的特点，通过对电压进行相关的控制曲线以及拟合等方式可以实现额定转速以上恒功率加载。因此，本实施例的电动汽车电机试验***能够在电动汽车处于各工况时，为被测电机提供负载，模拟电动汽车实际运行时所需要的动力输出，提高对电动汽车电机试验的准确性。

实施例2

本实施例的电动汽车电机试验***与上述实施例1中的电动汽车电机试验***的区别在于，本实施例的***还包括带馈电装置的整流电源以及能耗单元，由于增加了这两个组成部分，本实施例的***可以实现电动汽车电机的馈电试验。并且，本实施例对除实施例1中包括的各组成部分之外，电动汽车电机试验***还包括的其它组成部分进行了说明。

图3是本发明实施例2的电动汽车电机试验***结构框图。

如图3所示，该试验***包括以下组成部分：

进线电源AR3电源输入柜，配置线路保护断路器及分断接触器，该进线电源柜用于试验***总动力电源进线控制以及提供过流、过压、接地、缺相等保护功能。TM1整流变压器，用于将进线电源变换至变频电源需要的输入电源。同时将试验***电源与电网进行隔离。确保变频电源运行过程中不对工厂电网进行干扰。AR4直流稳压电源柜，用于电动汽车电机控制器供电，其电压可根据实际测试进行调节。AR5测量接线柜，配置1路直流输入、3路交流输出测量，用于测量被试控制器输入电参数及被试电机输入电参数。CDM1被试电机控制器，AR6测功机控制器，用于交流电力测功机C1牵引控制及制动控制，控制方式为直接转矩控制。C1交流电力测功机，作为被试电机的负载设备。T-n转矩转速传感器，用于被试电机输出转矩测量。M1为被试汽车电机。

其中，本实施例中的交流电力测功机可以采用ACG系列交流电力测功机***，该***由一台悬浮起来的交流电力测功机，转矩转速传感器、安装底座及与动力机械连接法兰，可四象限运行的ACS800系列交流变频调速***组成。其中，ACS交流变频调速***通过控制测功机的的转速和扭矩来对被试电机进行加载。该测功机可以方便的实现双向加载，同时在转速很低时可以提供足够的加载能力；并且其加载特性为零转速至额定转速为恒扭特性，额定转速至最高转速为恒功率特性，因此该测功机适合应用于本实施例***中。

为了检验电动汽车的电机在运行时是否能够将发出的电能充到汽车电池中。本实施例的电动汽车电机测试***包括：带馈电装置的整流电源，该电源设置于电机与电动汽车电池之间，用于对电机进行馈电检验，例如，在电动汽车下坡时，可以使动力***从电动状态转为发电状态并将发出的电能重新充到电动汽车蓄电池中，从而节省了能源。采用该电源，***可以避由于使用免蓄电池长期放电的情况下，电压降低对***所带来的影响，同时馈电装置的存在可以实现蓄电池充电的功能，并可以根据测量来获知发电量的大小。由于整流电源安装方便，避免了使用蓄电池时，充放电的时间过长，因此大大提高整套***的工作效率。

基于上述带馈电装置的整流电源，本实施例的该***还可以包括能耗单元，该能耗单元与被测电机相连，用于吸收被测电机以及被测电机控制器在制动状态时发出的电能。同时能耗单元还可以根据被试电机的运行工况的需求对电压进行调整，避免了使用蓄电池只能在固定的电压下进行试验的问题。

实施例3

图4是本发明实施例3的电动汽车电机试验控制方法流程图。

如图4所示，该方法包括以下步骤：

步骤401：控制被测电机的运行，以模拟电动汽车运行时电机的状态；

步骤402：根据被测电机的运行状态控制交流电力测功机为被测电机提供阻力；

步骤403：检测被测电机在各运行状态对应的速度值及转矩值、响应时间值。

本实施例的电动汽车电机试验控制方法主要用于控制电动汽车电机试验***的各设备以实现电动汽车牵引工况以及电制动工况，当牵引工况下，被测电机及控制器模拟电动汽车进行牵引，其输出功率经变速器传递至处于发电工况的交流电力测功机，交流测功机按照转矩闭环控制，模拟电动汽车的阻力负载。此时测功机为拖动状态，采用闭环转速控制模式，控制精度可以达到0.1％，被试电机为发电状态，通过被试电机控制器的转矩控制模式来进行发电。在电制动工况下，交流电力测功机继续模拟电动汽车在制动过程中的阻力变化，而被测电机及电机控制器则在飞轮的惯性旋转的带动下处于发电工况，模拟实现电动汽车再生能量的电阻消耗或者反馈。被测电机控制器的直流母线端加设电压可调的斩波器，这样当被试电机及控制器发电时，直流母线电压上升，当达到了斩波器设置的触发电压，将使斩波器导通，此时能耗电阻与直流母线相连，消耗发出的电能。

本实施例还提供了一种电动汽车电机试验控制***，该***可以采用上述电动汽车电机试验控制方法来对电动汽车电机试验***进行控制，该***包括功率分析仪以及工控机。该***可以基于上位机软件将所有部件联合成自动控制***，该控制***可以基于LABVIEW平台开发，并通过CAN等通讯协议将整流电源、电动汽车控制器、测功机控制器组网。其中，功率分析仪可以将被试电机控制器的输入电量，即电动汽车蓄电池输出电量、被测电机控制器输出、即被试电机输入的电量、被试电机输出转矩转速，即电动汽车动力***的性能反应等参数实时同步采集，并通过GPIB总线联接***软件，在有效保证测试数据的精度的同时也保证了数据的真实性。并且，通过计算机数据采集***可以准确、快速地检测到电动汽车电机的运行状态，进而分析电动汽车运行在不同工况下的电动汽车电机特性，提高了电动汽车电机测试的效率以及准确性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动汽车电机试验***，其特征在于，包括：

被测电机控制器，与被测电机相连，用于控制所述被测电机模拟电动汽车运行时电机的运行状态；

交流电力测功机，与所述被测电机轴输出端相连，用于为被测电机及所述控制器提供负载；

测功机控制器，与所述测功机相连，用于控制所述测功机在所述测电机模拟电动汽车运行时，为被测电机及所述被测电机控制器提供负载；

转速转矩传感器，与所述被测电机的输出轴相连，用于检测所述被测电机的转速和转矩。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述转速转矩传感器与所述被测电机的输出轴通过高速膜片联轴器连接。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述转速转矩传感器为所述交流电力测功机自带的转速转矩传感器。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：

带馈电装置的整流电源，设置于所述电机与电动汽车电池之间，用于对所述电机进行馈电检验。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述***还包括：

能耗单元，与所述被测电机相连，用于吸收被测电机以及所述被测电机控制器在制动状态时发出的电能。

6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述被测电机与所述交流电力测功机通过联轴器连接在一起。

7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述交流电力测功机控制器通过直接转矩控制方式对所述交流电力测功机进行控制。

8.一种电动汽车电机试验控制方法，其特征在于，包括：

控制被测电机的运行，以模拟电动汽车运行时电机的状态；

根据所述被测电机的运行状态控制交流电力测功机为所述被测电机提供负载；

检测所述被测电机在各运行状态对应的速度值及转矩值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述被测电机的运行状态控制交流电力测功机为所述被测电机提供负载包括：

当所述被测电机处于牵引工况时，所述交流电力测功机按照转矩进行闭环控制，为所述被测电机的提供牵引阻力负载。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述被测电机的运行状态控制交流电力测功机为所述被测电机提供负载包括：

当所述被测电机处于电制动工况时，控制所述交流电力测功机为所述被测电机提供制动阻力负载。

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