關(guān)鍵詞：驅(qū)動電機；動力電池；性能檢測

0引言

隨著汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和新能源汽車的保有量的增加，對新能源汽驅(qū)動電機及動力電池的性能測試和能量回收系統(tǒng)的參數(shù)測試顯得越來越重要[1]。驅(qū)動電機及動力電池的性能測試和能量回收系統(tǒng)的參數(shù)測試一直是新能源汽車維修行業(yè)的一個難點，傳統(tǒng)的檢測設(shè)備難以測量出其驅(qū)動電機的實際驅(qū)動工作時的電流、扭矩、功率以及其能量回收時的電流、扭矩、功率、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等機械特性參數(shù)以及動力電池的電壓、電流等電力性能指標(biāo)[2]。因為動力電池的容量和回收性能的好壞直接影響到新能源汽車的行駛里程、駕駛體驗[3]。檢測新能源汽車在不同工況下表征電機功率與轉(zhuǎn)矩曲線、電機轉(zhuǎn)速與負(fù)荷曲線、能量回收與制動時間曲線、單體動力電池充放電曲線等，可用于職業(yè)本科教學(xué)和新能源汽車動力性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性的科學(xué)研究。

1新能源汽車性能測試試驗臺整體設(shè)計

本研究用汽車底盤電動測功機模擬起步、加速、上坡、下坡和制動工況，實現(xiàn)主要性能測試和能量回收，以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)監(jiān)測電池內(nèi)阻、溫度、SOC和電壓等參數(shù)，永磁同步電機扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度、電壓、電流和功率等參數(shù)及能量回收性能參數(shù)[4]。

1.1新能源汽車性能測試實驗臺的組成

新能源汽車性能測試實驗臺（圖1）包括動力驅(qū)動系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)、路面模擬系統(tǒng)、動力電池系統(tǒng)、整車綜合系統(tǒng)。

能量回收系統(tǒng)包括電子控制單元ECU、雙向逆變電機、動力電池，還包括驅(qū)動系統(tǒng)、能量回收測試系統(tǒng)和動力電池系統(tǒng)分別連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過CAN通訊設(shè)備連接上位機系統(tǒng)[5]。該測試系統(tǒng)通過上位機控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的DA模塊向電子控制單元ECU發(fā)送模擬的路況信號、負(fù)荷信號、以及對雙向逆變電機進(jìn)行驅(qū)動控制。通過上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實時展示能量回收與行駛路況及其他相關(guān)因素的內(nèi)在關(guān)系，定性定量的展示各參數(shù)間的線性關(guān)系。

1.2能量回收系統(tǒng)控制模塊的功能特點

運行部分中的能量回收系統(tǒng)控制模塊，是整個新能源汽車性能測試與能量回收教學(xué)實驗臺開發(fā)的核心。系統(tǒng)核心結(jié)構(gòu)整體設(shè)計示意圖如圖2、圖3所示。

能量回收系統(tǒng)控制模塊是通過CAN總線通訊系統(tǒng)來監(jiān)測電機轉(zhuǎn)速、扭矩、回收的電壓、電流及功率等，并通過監(jiān)測到的相關(guān)參數(shù)決定對能量回收系統(tǒng)回收能量的大小。它將扭矩傳感器、動力電池電壓、電流、電機轉(zhuǎn)速傳感器統(tǒng)一起來，并通過CAN通訊來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。車輛在低速行駛或停車制動時，由于道路交通情況的復(fù)雜，需要時常駐車制動，在能量回收時就需要較大的啟動阻力；車輛在高速行駛時，為了保證車輛的行駛平穩(wěn)，這就需要較小的行駛阻力，從而獲得更大的能量回收效能。

2新能源汽車性能測試實驗臺檢測原理

針對新能源汽車驅(qū)動電機及動力電池的相關(guān)性能參數(shù)檢測和能量回收系統(tǒng)，研發(fā)了教學(xué)實驗臺，服務(wù)于新能源汽車實訓(xùn)項目教學(xué)，解決相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。通過本文的研發(fā)，避免檢測過程中由于操作者的不確定性對測試參數(shù)的影響，也歸避由實車測試而帶來的不便利性。

該系統(tǒng)能模擬新能源汽車的起步、加速、上坡、下坡和制動工況，自主開發(fā)自動化裝置對新能源汽車進(jìn)行加載和驅(qū)動；實驗臺安裝了傳感器和數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)，可實時獲取被測車輛數(shù)據(jù)；根據(jù)教學(xué)和實驗項目需求，對要分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，并以曲線形式呈現(xiàn)出來，本實驗臺可對新能源汽車動力電池系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)、電機系統(tǒng)進(jìn)行測試和分析。

根據(jù)GB/T18386—2005《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程實驗方法》，開發(fā)了以計算機控制系統(tǒng)為核心的新能源汽車性能測試和能量回收系統(tǒng)教學(xué)實驗臺，根據(jù)新能源汽車性能測試和能量回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和測試條件的要求，控制永磁同步電機系統(tǒng)的輸入和輸出端加載，用模擬負(fù)載制動器產(chǎn)生的制動力模擬新能源汽車能量回收系統(tǒng)在測試過程中受到的驅(qū)動阻力。用USB5936多功能數(shù)據(jù)采集卡采集來自各傳感器的測試數(shù)據(jù)，同時利用USB2850上的一個模擬量輸出通道來控制模擬負(fù)載?；谏衔粰C系統(tǒng)用于讀取驅(qū)動系統(tǒng)和加載系統(tǒng)的編碼器信息，用于測試扭矩、角度、轉(zhuǎn)速、電壓、電流、負(fù)荷及功率等主要信息。

本實驗臺可實現(xiàn)的功能如下：

（1）根據(jù)實驗電機、電池和控制器提供可供的交直流電源。

（2）測量動力電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等機械特性參數(shù)。

（3）測量動力電機和電池的電壓、電流等電力性能指標(biāo)。

（4）模擬新能源汽車的起步、加速、上坡、下坡和制動工況。

（5）可進(jìn)行職業(yè)本科汽車專業(yè)教學(xué)實訓(xùn)項目：新能源汽車動力性能檢測、能量回收性能檢測及新能源汽車故障診斷與排除。

3新能源汽車性能測試實驗臺的設(shè)計

新能源汽車性能測試實驗臺由下位機測試部分、上位機控制部分兩部分組成（圖4）。下位機測試部分包含測試滾筒、電機、聯(lián)軸器、半軸、差速器等，上位機控制部分包含數(shù)據(jù)采集和驅(qū)動控制模塊，上位機控制模塊通過多路PCI串口通信卡、PCI-CAN雙通道通信卡來驅(qū)動下位機。滾筒測試裝置主要包括以下五個部份：滾筒組、電動機、聯(lián)軸器、底座、線束及接插件。

系統(tǒng)滾筒裝置模擬新能源汽車的起步、加速、上坡、下坡和制動工況，測試條件固定、操作簡單、可重復(fù)性好、安全可靠以及數(shù)據(jù)采集方便。

3.1新能源汽車性能測試實驗臺控制策略

滾筒組與被測車輛驅(qū)動輪接觸，承受傳遞驅(qū)動力和制動力，模擬汽車行駛時的各種工況。滾筒組由左右兩對主動和從動滾筒構(gòu)成，兩者平行且固定在框架上。兩個主滾筒中間固定一個額定功率為22kW新能源汽車原車電動機，該電動機兩端用聯(lián)軸器分別與兩個主滾筒相連，從而保證兩個主滾筒轉(zhuǎn)速相同，防止測試時汽車跑偏。

主滾筒可以由電動機驅(qū)動，從而可以測試汽車的性能，也可以由汽車驅(qū)動輪驅(qū)動，主滾筒通過聯(lián)軸器驅(qū)動電動機，此時電動機相當(dāng)于一個發(fā)電機，從而實現(xiàn)能量回收功能。

3.2實驗臺架的加工制作

新能源汽車性能測試和能量回收系統(tǒng)教學(xué)實驗臺樣機如圖5所示，整體尺寸為（4600×2500×350）mm；實驗臺配有電控箱，放置PLC控制器、工控機、高性能嵌入式控制系統(tǒng)等。通過自主開發(fā)的滾筒組來模擬新能源汽車不同工況，自行開發(fā)研制了新能源汽車性能檢測和能量回收系統(tǒng)。

實驗臺安裝了傳感器和數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)，可實時獲取被測車輛數(shù)據(jù)；根據(jù)教學(xué)和實驗項目需求，對要分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，并以曲線形式呈現(xiàn)出來。本實驗臺可對新能源汽車動力電池系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)、電機系統(tǒng)進(jìn)行測試和分析，以達(dá)到檢驗?zāi)芰炕厥招Ч?/p>

系統(tǒng)可以模擬新能源汽車的起步、加速、上坡、下坡和制動工況，自主開發(fā)自動化裝置對新能源汽車進(jìn)行加載和驅(qū)動；實驗臺安裝了傳感器和數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)，可實時獲取被測車輛數(shù)據(jù)；根據(jù)教學(xué)和實驗項目需求，對要分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，并以曲線形式呈現(xiàn)出來。本實驗臺可對新能源汽車動力電池系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)、電機系統(tǒng)進(jìn)行測試和分析。

3.3新能源汽車性能測試實驗臺面板設(shè)計

對新能源汽車性能測試試驗臺面板進(jìn)行了自主設(shè)計（圖6）。軟件主體使用PLC開發(fā)，能在目前常見的Windows操作系統(tǒng)中運行。操作界面包含新能源汽車性能測試和能量回收原理圖認(rèn)知、實驗操作設(shè)置以及數(shù)據(jù)采集等幾大模塊；汽車性能測試和能量回收原理圖認(rèn)知模塊主要介紹實訓(xùn)臺結(jié)構(gòu)、原理和功能，配圖文；實驗操作設(shè)置模塊包含：通道設(shè)置、電壓值范圍、結(jié)束時間、結(jié)束電壓、結(jié)束電流及結(jié)束容量等；數(shù)據(jù)采集模塊讀取ECU充電電流等信號，并根據(jù)需要自動生成充電電流特性曲線。面板功能完整、美觀，便于操作。

3.4實驗臺的技術(shù)要求

（1）系統(tǒng)組成：由運行部分、電氣控制部分兩部分組成。運行部分包含滾筒組、聯(lián)軸器和電動機等，電氣控制部分包含數(shù)據(jù)采集和驅(qū)動控制模塊。

（2）系統(tǒng)采用原車電動機總成，使用實車測試，利用滾筒組模擬實現(xiàn)汽車不同的運行工況，通過配套的軟件可以展示能量回收特性曲線或性能曲線，軟件主體使用PLC開發(fā)，能在目前常見的Windows操作系統(tǒng)中運行。

（3）操作界面包含新能源汽車性能測試和能量回收原理圖認(rèn)知、實驗操作設(shè)置、數(shù)據(jù)采集等幾大模塊。汽車性能測試和能量回收原理圖認(rèn)知模塊，主要介紹實訓(xùn)臺結(jié)構(gòu)、原理和功能，配圖文；實驗操作設(shè)置模塊，包含通道設(shè)置、電壓值范圍、結(jié)束時間、結(jié)束電壓、結(jié)束電流和結(jié)束容量等；數(shù)據(jù)采集模塊讀取ECU充電電流等信號，并根據(jù)需要自動生成充電電流特性曲線。

（4）在滿足功能需求的基礎(chǔ)上，界面盡量美觀、便于操作、實用性強。

4結(jié)束語

本實驗裝置可以方便、直觀地了解新能源汽車性能測試和能量回收的工作原理?？陀^、真實地展現(xiàn)出來新能源汽車的起步、加速、上坡、下坡和制動工況，自主開發(fā)自動化裝置對新能源汽車進(jìn)行加載和驅(qū)動；安裝了傳感器和數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)，可實時獲取被測車輛數(shù)據(jù)；本實驗臺可對新能源汽車動力電池系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)、電機系統(tǒng)進(jìn)行測試和分析。為新能源汽車性能測試和能量回收系統(tǒng)的研究及教學(xué)提供了較好的支持。