本節(jié)以某小型純電動汽車的驅(qū)動電機系統(tǒng)和動力電池系統(tǒng)為例，介紹驅(qū)動電機系統(tǒng)效率試驗和動力電池系統(tǒng)電性能試驗。

一、驅(qū)動電機系統(tǒng)效率試驗

根據(jù)該小型純電動汽車的加速性能、爬坡性能和最高車速等技術指標要求，開發(fā)一款與之匹配的驅(qū)動電機系統(tǒng)。該驅(qū)動電機系統(tǒng)規(guī)格參數(shù)見表 5-6，需開展驅(qū)動電機系統(tǒng)的效率試驗，并判斷是否滿足以下要求：

1）額定電壓下，驅(qū)動電機最高效率不低于 93%，系統(tǒng)最高效率不低于 91%。

2）額定電壓下，驅(qū)動電機效率高效區(qū)（效率＞ 80%）占比不低于 80%。

表 5-6 某電機系統(tǒng)規(guī)格參數(shù)

參數(shù)項目參數(shù)規(guī)格電機型式永磁同步交流感應電機額定功率20kW峰值功率50kW峰值轉(zhuǎn)矩215N·m最高轉(zhuǎn)速7500r/min額定電壓DC 353V最低 / 最高電壓DC 245V/412V

1、試驗準備

（1）樣品及環(huán)境條件檢查

按表 5-7 中的要求做好檢查并記錄，檢查結(jié)果必須滿足技術要求。

表 5-7 試驗前檢查記錄

序號檢查項目技術要求檢查結(jié)果1外觀完好、無銹蝕合格2緊固件連接牢固合格3電機三相線和低壓絕緣DC 1000V ≥ 200MΩ合格4環(huán)境溫度18 ~ 28℃合格5相對濕度45% ~ 75%合格6氣壓86 ~ 106kPa合格

（2）臺架搭建

臺架試驗步驟一般為：制作工裝→安裝測試電機及傳感器→連接水循環(huán)，高、低壓線路，功率分析儀→ CAN 通信配置及臺架調(diào)試。

設置冷卻系統(tǒng)參數(shù)，控制器入口冷卻液溫度為 65℃ ±2℃，冷卻液流量為 8L/min。冷卻系統(tǒng)一般根據(jù)測試對象的冷卻系統(tǒng)進行選型適配。按照冷卻機組→電機控制器→被測電機→冷卻機組循環(huán)回路，實現(xiàn)冷卻液流量和溫度的控制，為驅(qū)動電機系統(tǒng)提供冷卻。

2、試驗執(zhí)行

選擇測試點。該驅(qū)動電機最高轉(zhuǎn)速為 7500r/min，因此可將最低轉(zhuǎn)速點選定為 500r/ min，轉(zhuǎn)速點間隔也選定為 500r/min，共計 15 個轉(zhuǎn)速點。峰值轉(zhuǎn)矩 215N·m，按 10N·m 間隔一個點，低轉(zhuǎn)速工作點每個點對應 22 個轉(zhuǎn)矩點；隨著驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速升高，最大轉(zhuǎn)矩逐漸降低，7500r/min 對應的最大轉(zhuǎn)矩約為 65N·m，按 10N·m 間隔一個點，高轉(zhuǎn)速點對應的轉(zhuǎn)矩點為 7 個?？傆?210 個測試點，具體分布見表 5-8。

表 5-8 測試點分布

轉(zhuǎn)速 /（r/min）5001000150020002500300035004000對應測點個數(shù) / 個2222222220161412轉(zhuǎn)速 /（r/min）4500500055006000650070007500—對應測點個數(shù) / 個111098877—

將驅(qū)動電機控制器的直流母線電壓設置在額定工作電壓 353V，按選定的測試點依次測試，記錄穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)。

3、試驗分析及處理

將試驗結(jié)果按表 5-9 中的要求記錄完整。其中，驅(qū)動電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，控制器母線電壓、電流，控制器輸入、輸出功率可通過計算機直 接讀取。電機輸出功率的計算見式（5-5），控制器效率、電機效率和系統(tǒng)效率的計算分別見式（5-1）、式（5-2）和式（5-3）。

表 5-9 電機轉(zhuǎn)矩 - 轉(zhuǎn)速特性測試數(shù)據(jù)（節(jié)選）

試驗數(shù)據(jù)測試記錄完成后，將轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、效率數(shù)值導入常用的數(shù)據(jù)處理軟件（如MATLAB、Python 等）生成 MAP 圖，如圖 5-11 ~ 圖 5-13 所示。通過 MAP 圖得出電機的最高效率為 93.45%，高效區(qū)占比 86.8%，系統(tǒng)最高效率 91.13%，均滿足技術要求。

圖 5-11   電機效率 MAP 圖

注：最高效率 93.45%，高效區(qū)占比 86.8%。

圖 5-12   控制器效率 MAP 圖

注：最高效率 97.61%，高效區(qū)占比 99.79%。

圖 5-13   系統(tǒng)效率 MAP 圖

注：最高效率 91.13%，高效區(qū)占比 71.98%。

二、動力電池系統(tǒng)電性能試驗

根據(jù)該小型純電動汽車 250km 續(xù)駛里程要求以及驅(qū)動電機功率，開發(fā)一款與之相匹配的動力電池系統(tǒng)，該動力電池系統(tǒng)基本參數(shù)見表 5-10 ；現(xiàn)開展動力電池系統(tǒng)電性能試驗， 試驗項目為容量、能量以及功率試驗，并判斷是否滿足以下要求：

1）該動力電池系統(tǒng)實際容量、能量符合整車續(xù)駛里程要求。

2）該動力電池系統(tǒng)不同溫度下，20%SOC，滿足驅(qū)動電機峰值功率運行  10s。

表 5-10 動力電池系統(tǒng)基本參數(shù)

序號項目項目信息1成組方式5P106S2額定容量75A·h3額定能量25.4kW·h4功率要求25℃、0℃、?20℃，10s20%SOC 放電功率≥ 50kW5電壓范圍265.0 ~ 386.9V

1、試驗準備

試驗準備包括試驗對象檢查、試驗臺架搭建以及試驗程序設定。

（1）試驗對象檢查

試驗開始前，完成對試驗對象的檢查，確保其基礎功能正常（表 5-11）。

表 5-11 檢查項目及要求

（2）試驗臺架搭建

連接試驗對象的高壓、低壓線束（表 5-12），并將試驗對象置于試驗箱內(nèi)。

表 5-12 高壓、低壓線束連接要求

序號項目要求評價1高壓線束螺栓連接力矩大于 20N·m合格2低壓線束連接可靠，無干涉合格

（3）試驗程序設定

設置程序保護閾值：總電壓（264 ~ 388V）、單體蓄電池電壓（2.49 ~ 3.66V）、電流（≤ 600A）以及溫度（?20 ~ 55℃），當某參數(shù)超出保護閾值時，可通過斷開動力電池系統(tǒng)繼電器終止試驗。

設置數(shù)據(jù)采樣率：充放電過程 1s 采集一次，靜置過程 3s 采集一次，調(diào)整溫度過程不采集數(shù)據(jù)，只進行監(jiān)控；設置每個試驗用程序的工步，包括充放電電流（或功率）、截止電壓或時間以及靜置時間。

2、試驗執(zhí)行

開展該動力電池系統(tǒng)容量、能量以及功率試驗。

（1）容量、能量試驗

1）開啟試驗箱，設置溫度 25℃，調(diào)整動力電池系統(tǒng)溫度至 25℃ ±2℃，使用 75A 電流放電至 umin=2.5V（umin 為動力電池系統(tǒng)最小單體蓄電池電壓）。

2）靜置 1h；動力電池系統(tǒng)溫度達到 25℃ ±2℃后，使用 75A 充電至 umax = 3.65V（umax為動力電池系統(tǒng)最大單體蓄電池電壓）。

3）靜置 1h ；動力電池系統(tǒng)溫度達到 25℃ ±2℃后，使用 75A 放電至 umin = 2.5V，此為該動力電池系統(tǒng) 25℃下的實際容量。

4）使用同樣的方式將動力電池系統(tǒng)充至滿電，使用試驗箱依次將動力電池系統(tǒng)溫度 調(diào)整至 10℃、0℃、?10℃、?20℃，并使用 75A 放電；記錄所有充放電過程的容量、能量。

（2）功率試驗

1）使用同樣的方式將動力電池系統(tǒng)充至滿電。

2）使用 75A 放電 0.8h，將動力電池系統(tǒng)調(diào)整至 20%SOC。

3）將動力電池系統(tǒng)溫度調(diào)整為 25 ℃ ±2 ℃，設置功率試驗程序：預設放電功率70kW，放電截止時間 10s，截止單體蓄電池電壓 2.5V ；開啟恒功率放電，經(jīng) 10s 后，最小單體蓄電池電壓為 2.51V，則認為該動力電池系統(tǒng)在 25℃、20%SOC、脈沖時間 10s 的最大可持續(xù)放電功率為 70kW。

4）采用同樣的方式完成 10℃、0℃、?10℃、?20℃下，動力電池系統(tǒng) 20%SOC、脈沖時間 10s 的最大可持續(xù)放電功率試驗；記錄不同溫度下的功率，放電過程時間，起始及終止的總電壓、umax、umin。

3、數(shù)據(jù)分析與處理

（1）容量、能量試驗

通過容量、能量試驗測得動力電池系統(tǒng)在不同溫度的放電容量、能量，試驗結(jié)果見表 5-13，不同溫度放電容量、能量均合格。

表 5-13 動力電池系統(tǒng)不同溫度下的放電容量 / 能量試驗 

（2）功率測試

通過功率試驗測得動力電池系統(tǒng)在不同溫度下，20%SOC、脈沖時間 10s 的最大可持續(xù)放電功率，試驗結(jié)果見表 5-14。

表 5-14 動力電池系統(tǒng)不同溫度下 20%SOC 的功率試驗 

功率試驗結(jié)果反映出動力電池系統(tǒng)的最大可持續(xù)放電功率有明顯的隨溫度（一定范圍內(nèi)）降低而降低的趨勢。該動力電池系統(tǒng)在環(huán)境溫度 ?10℃及以上、SOC ≥ 20% 時，10s 放電的最大可持續(xù)功率均大于 50kW，滿足設計要求。當此動力電池系統(tǒng)處于 ?20℃（及以下）低溫環(huán)境、SOC ≤ 20% 時，10s 放電的最大可持續(xù)功率小于電機峰值功率，此時驅(qū)動電機需限功率運行。

針對某動力電池系統(tǒng)開展相關試驗，結(jié)論如下：

1）該動力電池系統(tǒng)在不同溫度下的放電容量、能量均滿足設計要求。

2）該動力電池系統(tǒng)在環(huán)境溫度 ?10℃及以上、SOC ≥ 20% 時，滿足電機峰值功率運行。

復習思考題 

注：本文節(jié)選自工業(yè)和信息化部“十四五”規(guī)劃教材《新能源汽車試驗學》，本書可作為高等院校車輛工程、新能源汽車、交通工程及相關專業(yè)的教材，也可供有關研究人員、工程技術人員和管理人員參考。
本書由機械工業(yè)出版社出版，本文經(jīng)出版方授權發(fā)布。作者：張代勝