纯电动汽车驱动电机系统效率模型的分析研究

1、纯电动汽车驱动电机系统效率模型的研究 赵长春2018-9-6 海马轿车有限公司电动汽车事业部郑州市航海东路第十七大街1689号 摘要：电动汽车电机系统是电动汽车的核心部分，其工作效率高低，对电动汽车续驶里程影响很大。本 文讨论了如何建立电动汽车电机系统的效率模型。 关键词：纯电动汽车；电机系统；效率模型； 在纯电动汽车上，驱动电机利用车载电源通过电机控制器驱动车辆行驶。驱动电机系统是电 动汽车的核心部分，其工作效率高低，对电动汽车续驶里程影响很大。 因此，有必要对电机系统效率进行研究，获得电机效率与转速及转矩之间的关系，进而在电 机系统工况变换控制过程中，为整车控制器实现基于电机系统最佳效率的

2、优化控制提供依据。 可以利用电动汽车电机加载实验台进行电机系统效率测试，利用Matlab对电机系统的效率测 试数据进行处理，构建电机系统效率模型。 1驱动电机效率测试 1.1驱动电机效率测试方法 CAN总线控制的电动汽车电机加载实验台上进行，实验台结构如 驱动电机效率测试是在基于 图1所示。 :二三m二土三二巨 图1电机加载实验台结构示意图 作者简介 赵长春 男1980年1月毕业于长春理工大学电子工程系电子技术专业学士学位 高级工程师 现从事 电动汽车驱动系统设计 CAN总线，进而控制被测电机工作 进行驱动电机系统效率测试时，由工控机发送控制报文到 在转矩模式，而负载电机工作在转速模式，在负载

3、电机不同的转速下调节被测电机转矩输出，完 成被测电机设定工况点的效率测试。用转速转矩测量仪测试电机输出轴的转速及转矩信号，计算 得到被测电机输出功率。实验台数据采集单元功率分析仪)采集驱动电机系统输入的直流电压及 电流信息，得到直流电源为电机控制器提供的总功率。 驱动电机系统整体效率 n按照GB/T18488.2 2006电动汽车用电机及其控制器实验方法中 的规定进行计算。 (K)nT 式中： n为整体效率，% ; n为电机转速，rpm ; T为电机输出转矩，Nm ; U为控制器输入接线端子处的输入电压有效值，V ; I为控制器输入电流有效值，A。 1.2实验记录 采用1.1节中描述的实验方法

4、，对东风电机厂提供的额定功率11KW电动汽车用驱动电机系 统效率n进行了测试，实验记录填写在下面的表1里: 第一次测试数据 第二次测试数据 第三次测试数据 转速 扭矩 效率 转速 扭矩 效率 转速 扭矩 效率 502 29.4 83.3 501 8.7 95.3 502 128 67.9 500 40.1 82.3 501 18.6 84.9 505 129 67.2 498 50.6 79.5 501 29.1 82.6 503 101 72.5 501 60.7 77.3 499 39.8 79.5 503 111 70.2 498 71 75.4 502 50.2 78.5 490 12

5、1 66.1 501 81.2 73.6 500 60.8 77.1 491 126 65.5 497 91.6 72.5 502 70.4 75.6 497 127 66.8 498 110 69.1 499 81.2 74.5 502 101 71.2 998 6 81.8 1000 5.8 76 999 108 80 999 16.9 86.8 1001 16.5 83.9 1000 113 79.7 1001 27.1 85.5 1003 27.4 86.5 997 117 78.3 999 37.7 85.6 1001 37.5 85.2 999 103 80.6 999 48.3

6、85.6 1001 47.9 85.1 1001 98 81 1000 58.3 84.4 1002 58 84.3 1002 88.3 82.2 1000 68.6 83.3 1000 68.3 83.8 1002 99 81.7 1000 78.5 82.6 1001 78.4 82.4 1001 108 79.5 1500 4.1 70.4 1499 4.3 69.4 1501 96.3 85.3 1500 15 84.9 1500 15.1 84.7 1503 99.3 83.8 1500 25.3 86.6 1502 25.5 87 1506 86.2 85.8 1499 35.9

7、87.4 1501 35.7 87.3 1500 91.2 84.7 1500 46.1 87.2 1502 46.1 87.4 1499 76.4 85.6 1500 56.3 87.3 1503 56.2 8T 1498 86.5 85.2 1500 66.4 86.6 1501 66.2 86.2 1500 96.6 85.6 1998 3.1 60- 2001 24.1 86.3 2000 3.2 61.8 2000 13.3 81.3 2001 34.5 87.7 2000 13.5 81.4 2000 23.7 85.1 1999 44.6 87.9 1999 80.2 88 19

8、98 34.1 87.1 2003 55.1 88.5 2004 85 87.9 1998 44.1 87 2002 65.2 88.5 1999 64.7 87.9 1999 54.7 88 2003 75.2 88.3 1998 74.6 87.6 2498 2.3 51.7 2503 2.9 62.3 2499 74.2 89 2498 12.4 81.3 2499 13.3 84 2499 79.1 89.2 2499 23.1 86.4 2501 23.8 87.9 2500 59.2 89 2498 33.3 88 2501 34.1 88.8 2501 64.6 89.9 250

9、0 43.2 88.2 2501 44.4 89.7 2501 69.7 89.9 2500 54.1 89.6 2500 54.4 89.5 2499 63.5 88.5 3003 1.7 41.9 3001 2.8 59.3 3000 59.8 90.6 2999 12.1 81.2 3001 13.2 83 3000 64.7 90.5 2999 22.5 85.6 3000 23.7 88.1 3000 69.2 89.7 3000 32.7 87.9 3000 34.1 89.3 3000 63.7 90.2 2999 43.1 88.8 3000 44.6 90.5 3001 54

10、.7 90.6 3197 2.3 55.5 3199 2.8 58.6 3198 72.8 89.2 3198 12 80.8 3200 13.2 83.4 3199 78.1 89.4 3198 22.6 86.8 3200 23.8 88.3 3199 64.7 90.2 3198 32.9 88.3 3200 34.2 89.6 3201 70.1 91.1 3200 37.8 88.4 3201 44.7 90.9 3200 74.9 91 3199 43.2 89.5 3200 49.7 90.7 3199 58.1 89.3 3200 48.5 89.9 3201 54.7 90.

11、2 3199 63.2 89.3 3198 53.6 90 3201 59.3 90.1 3198 68.8 90.2 3499 2.2 51.6 3501 2.9 58.6 3499 63.2 89.7 3499 12 80.1 3499 13.6 84.9 3499 68.5 90.5 3499 22.6 86.8 3498 24.6 89.6 3499 73.1 89.5 3499 32.9 88.3 3499 34.8 90.3 3499 60.4 90.8 3499 38.3 89.7 3499 45 90.8 3498 65.5 90.8 3499 43.1 89.3 3499 5

12、0.3 91 3499 53.2 89.6 3499 48.5 90.3 3499 55.4 91.1 3499 58.1 89.7 3700 2 47.6 3699 3.2 61.1 3699 63.5 90.1 3697 12.3 81.6 3698 13.9 84.1 3699 61.4 91.2 3697 22.9 87.6 3700 25 90.3 3699 66.7 91.6 3697 33 89.2 3699 35.4 90.9 3698 48.6 90.5 3699 38.4 89.9 3701 45.5 90.5 3698 53.5 89.8 3698 43.1 89.3 3

13、697 51.1 90.9 3698 58.7 90.2 3998 2.3 52.7 4001 3.8 67.4 4000 64.3 90.7 4000 12.4 81 3997 14.7 85.8 3997 51.9 91.7 3998 23.4 89.1 3998 25.6 90.1 3998 57.6 92.2 3998 33.3 88.5 3997 36.5 91.8 3998 48.9 90.6 3998 38.9 89.9 3998 41.4 91 3998 59.2 90.9 4198 2.3 51 4198 4.3 67 4197 59.6 91.2 4198 12.9 82.

14、4 4198 15.4 86.9 4198 64.4 90.8 4200 23.5 88.3 4198 26.1 88.5 4198 47.7 4199 33.9 90.2 4199 31.7 90.4 4198 52.9 91.7 4199 39 90.3 4197 36.9 91.5 4199 49.4 90.8 4199 44.1 90.7 4197 42.3 91.6 4199 54.5 90.9 4502 2.8 56.4 4500 5.2 70.2 4498 51.1 93.1 4500 13.6 84.8 4498 16.5 87.6 4500 54.2 93.6 4502 24

15、.6 90.6 4498 27.4 90.5 4501 55.1 90.9 4502 34.4 89.9 4498 32.7 91.3 4497 60.3 91.7 4498 39.6 90.1 4498 38.1 91.6 4498 49.8 90.4 4501 45 91.1 4498 43.2 91.8 4498 47.7 92.7 4698 3.1 58.1 4698 5.7 72.1 4698 55.7 91.3 4698 13.8 83.3 4698 17.2 86.7 4698 38.1 92.5 4701 24.6 88.2 4699 27.9 90.2 4699 45.3 9

16、0.8 4704 32.4 83.3 4698 31.7 92 4700 50.3 91 4699 40.2 90.6 4697 34.8 92.8 4698 36.5 91.5 4998 3.4 57.3 4998 7.2 76.4 4999 56.7 91.6 4998 15 85.2 4999 15.1 88.8 4996 16.8 85 4998 25.5 89.4 4999 16.3 83.6 4999 18 89.4 5000 35.9 89.5 4998 18 96.7 4998 46.4 90.8 4998 41.4 90.8 4996 17.1 88.1 4996 51.5

17、91 利用matlab做出的电机系统效率立体曲面如图2所示: 电机效率立体曲面图 把矩畑U 转速饵 图2电机系统效率立体曲面 利用matlab做出的电机系统效率等高线图，如图3所示: 70 8162432404856647280 bo 50 日坡路阻力 30 机外特性 20 rfrl _?7令_盘 _ ；二 但妙3: 75 4762 -玄输 10002000300040005000 电机转速-箕每分 图3电机效率分布图 1.3电机效率测试分析 由图3可以看出，被测驱动电机系统最高运行效率88%，在转速及转矩的较大区域内都有较 高的效率，该被测电机系统效率n 80%的区域面积占整个测试区域的50

18、%以上，在低转速或低转 矩区域，电机有效输出功率较少，导致电机系统效率较低，在高转速及高转矩的电机过载区域， 由于要对电机进行弱磁控制，系统效率也有降低。 2驱动电机系统效率模型构建 2.1驱动电机系统效率模型的概念 在纯电动汽车运行过程中，整车控制器对司机驾驶意图进行辨识，计算电机需求转矩，并向 驱动电机系统发出控制指令。使电机高效地达到设定的工况，能提高车载能源利用水平，延长车 辆续驶里程。 由图3可见，驱动电机系统在同一转速、不同转矩下工作时，效率并不恒定，存在效率最高 点。在整车控制器开发过程中，需要建立一个数学表达式，以便采取电机最高效率控制策略的实 时计算和控制。为此，利用matlab，建立电机效率多项式， n =f(n T。此电机效率多项式， n =f(n T又称为电机系统效率模型，可以为整车控制器实现最佳效率的能量管理策略提供依据。 2. 2电机系统效率模型构建 利用 mat