新能源电动车电控测试标准 新能源电动汽车用电机及其控制器技术条件

导语：纯电动汽车动力总成中的转矩控制精度，是整车关注的关键指标之一，直接影响了整车的驾驶性、能耗优化、以及转矩突变时的响应时间。究竟什么是转矩精度?如何测试?转矩精度和系统哪些参数相关?又要如何在设计开发过程中将其限制在一个可接受的范围内?这些问题是我们关注的焦点。

关于转矩控制精度，分三部分解读：

1. 什么是转矩控制精度?

2. 转矩控制精度的测试方法

3. 转矩精度的估算

1. 什么是转矩控制精度

在《GB/T 18488.1-2015-电动汽车用电机及其控制器第1部分-技术条件》3.11中给出了转矩控制精度的定义：

解读：对于电动车电驱动系统，输出转矩范围大，精度需要分情况定义，标准中给出了偏差与百分比两种不同的定义方式，一般在低转矩段，采用转矩偏差定义，在高转矩段，采用百分比定义，如输出转矩0~100Nm，转矩控制精度±5Nm，大于100Nm，转矩控制精度±5%。

2. 转矩控制精度测试方法

《GB/T 18488.2-2015-电动汽车用电机及其控制器第2部分-实验方法》7.3.2 中已经具体地写明了转矩精度测试的方法：

解读： 标准中试验步骤已经写的很详细，BUT，从标出的重点中还可以看出，电机的运行温度与转速还未明确。而电控的标定过程，会在某特定温度与转速下进行，如定子70°C，转速3500rpm。在此条件下测试的转矩精度相对较高，然而若偏离了此温度或者转速，控制参数需根据电机温度模型自适应调整，温度模型的好坏对转矩精度还是有很大影响的，笔者认为测试中对转速与温度采样点也应有具体的规定。

3. 转矩精度估算

电动车电驱动中很难集成高精度的转矩传感器，所以大多电驱动生产厂商用电流电压及转速传感器以及电机设计的相关参数估算电机输出转矩，比如以下计算模型，分别是 转矩电流计算模型 和 转矩能量计算模型 ：

其中：

? f1,f2：计算函数

? T_estimate：估算转矩

? n：电机转速

? id,iq：d轴与q轴电流

? φd, φq：d轴与q轴磁链

? ud，uq：d轴与q轴电压

? T_friction：电机摩擦阻力

? T_iron：电机铁耗转矩损失

? Ploss_ac,dc：交流和直流母线损耗

我们知道了影响转矩计算的参数，我们再看下 电驱动系统的转矩控制图 ，看看哪部分对这些参数产生影响：

对照控制图，依据转矩估计的公式，我们可以分析出影响转矩精度计算的因素，大致可以分为三类：

i. 延迟：控制器计算延迟、直流电压获取延迟、调制延迟、电流传感器延迟

ii. 传感器精度：电流传感器、旋变

iii.电机参数，包括：

1)电机磁链偏差

2)电机磁链随温度变化的改变找车网

3)定子电阻偏差

4)摩擦损耗偏差

5)铁耗的偏差

当然，考虑因素的越多越好，可以对每一点定量分析，如电流传感器精度±2%，旋变角度误差0.7°等，再依据蒙特卡洛法，可以对系统每个工作点的静态转矩精度做分析，这里不做详细展开，想详细了解的读者可以留言。

转矩控制精度的分析，可以对电驱动系统的性能提前预言，是初期设计以及系统改进阶段必要的步骤，这方面的测试标准也要随着控制技术的提高不断改进。

写在最后：关于”转矩精度估算“这一块，除了文中所示的电流和能量计算模型外，根据功能安全等级的不同，其计算模型和变量参数也有所侧重，这里仅示意说明，感兴趣朋友的可留言交流。

关于”转矩精度对整车性能的影响分析”这一块，涉及到控制策略和标定流程，了解有限，期待能得到同行专家的点拨。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

纯电动汽车安全标准

电动汽车：

与传统内燃机驱动的汽车相比，电动汽车由蓄电池提供直流或交流电驱动电机，其工作电压达到上百伏，远远超过通常认为的安全电压36V，这就使得电动汽车在满足常规车辆各项安全标准的前提下，还要满足更多额外的安全标准，特别是与电气安全相关的安全标准。

EV整车强制安全标准：

目前，中国、欧盟和美国都已经建立起了较为健全的电动汽车标准体系，涵盖了从包括混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(EV)和燃料电池车(FCV)在内的整车，到充电站、充电接口、通信协议等充电相关，以及电池、电机及其控制器、电容等关键系统。其中，在纯电动汽车(EV)整车级别，除了通用基础(包括术语、仪表、指示件、测试方法等)和性能相关(包括动力性能、能耗、续驶里程等)外，电气安全、碰撞安全、功能安全等安全标准成为业内关注的焦点。

一.储能装置：

在常规电气安全方面，中国方面最主要的标准是GB/T 18384系列标准，其主要修改采用了ISO 6469系列标准;欧盟主要的法规是ECE R100的02修订本，其中第一部分是针对整车的安全要求，第二部分是针对REESS即储能装置的零部件认证要求。

二.操作安全及故障防护

三.人员触电防护：

在储能装置、操作安全及故障防护、人员触电防护方面，中国与欧盟的法规条目在很多细节方面有所不同，比如GB/T 18384系列标准在电气间隙与爬电距离、紧急响应、触电防护替代方法等细节上都有具体规定，欧盟ECE R100的02修订本则在这些细节上无类似要求。此外，美国对于常规电气安全则并没有强制的标准。

四.碰撞安全：

除了要保证正常行驶状态下的安全性以外，电动汽车也需要保证车辆在发生碰撞事故后的电气安全性。在碰撞测试后车辆的电气安全的考核标准方面，比如电压要求、电能要求、物理防护、绝缘电阻等，中美欧的标准要求比较近似，但三者间在标准规定的碰撞测试的形式方面仍存在着比较大的差异。中国和欧盟都只要求在正面碰撞和侧面碰撞测试中考核电气安全，而美国的FMVSS 305不但规定了要在正面、侧面和后面碰撞以及翻滚测试中考察电气安全，同时规定测试要在驾驶员和副驾驶员两侧分别进行，因此比起中欧的碰撞测试，美国碰撞测试的复杂度和严苛度大大增加。

新能源电动汽车用电机及其控制器技术条件

1 范围

本标准规定了电动 汽车 用驱动电机及其控制器通用技术条件。

本标准适用于电动 汽车 (EV)和混合动力 汽车 (HEV)用的驱动电机及其控制器。

2 引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB 755-200 旋转电机定额和性能

GB/T 2423.17-1993 电工电子产品基本环境试验规程试验Ka：盐雾试验方法

GB/T 4772.1-1999 旋转电机尺寸和输出功率等级 第1部分：机座号56 400和凸缘号55 1080

GB/T 4942.1-1985 电机外壳防护分级

GB/T 4942.2-1993 低压电器外壳防护等级

GB 10068.2-2000 轴中心高为56 mm及以上电机的机械振动—振动的测量、评定及限值

GB 10069.3-1988 旋转电机噪声测定方法及限值噪声限值

GB/T 12665-1990 电机在一般环境条件下使用的湿热试验要求

GB/T 12668-1990 交流电动机半导体变频调速装置总技术条件

GB 14023-2000 车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法

GB 1471l-1993 中小型旋转电机安全通用要求

GB/T 17619-1998 机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值测量方法

GB/T 18488.2-2001 电动 汽车 用电机及其控制器试验方法

GB/T 2900.25-1994 电工术语 旋转电机

GB/T 2900.26-1995 电工术语 控制电机

GB/T 2900.33-1993 电工术语 电力电子技术

3 定义

本标准除采用GB/T 2900.25、GB/T 2900.26、GB/T 2900.33中的定义外，还增加了下列定义。

3.1 电机控制器 controllers of the electrical machine

控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置、它是由外界控制信号接口电路、电机控制电路和驱动电路组成的。

3.2 电机及控制器整体效率 overall efficiency of the electrical machine and controllers

电机转轴的输出功率和控制器的输入功率之比。

4 工作制和定额

4.1 工作制

4.1.1 连续工作制

电机及控制器在恒定负载下运行至热稳定状态。

4.1.2 短时过载的周期工作制

电机及控制器在额定负载下运行时，允许施加周期性过载，过载的倍数及每次过载持续时间、间隔时间以及整个运行时间应在产品标准中规定。

4.1.3 ISO城市工况及市郊工况

具体要求制定参照附录B。电动车KD,新能源商用车出口,纯电动SKD,国产电动卡车KD,电动车出口

4.2 定额

4.2.1 电机的功率等级

电机的功率等级为5.5 kW、7.5kw、11 kW、15 kw、18.5 kW、22 kW、30 kW、37 kW、45 kw、55 kw、75 kW、90 kW、110 kW、132 kW、150 kW、160 kW、185 kW、200 kw及以上，并符合GB/T 4772.1的要求。

4.2.2 控制器输出容量

15 kVA、35 kVA、50 kVA、60 kVA、100 kVA、150 kVA、200 kVA、270 kVA、300 kVA、360 kVA、420 kVA及以上。

附录A推荐了在360 V、200 kW及以下单台电动机与控制器输出容量的匹配关系。

4.3 电源的电压等级

电机及控制器由牵引电源供电，电源的电压等级为120 V、144 V、168 V、192 V、216 V、24O V、264 V、288 V、312 V、336 V、360 V、384 V、408 V。

4.4 电机及控制器整体效率

η=ηc ηm

式中：η——电机及控制器整体效率;

ηc——电机控制器的效率;

ηm——电机的效率。

根据不同功率等级给出具体产品相应的效率。

5 技术条件

5.1 温度

当周围环境温度在-20 +40 时，电机及控制器能长时间连续运行。

5.2 湿度

电机及控制器在相对湿度不超过100%的情况下能正常工作，电机及控制器应在其表面温度低于露点的情况下，即电机及控制器表面产生冷凝也能安全工作。

5.3 盐雾

作为 汽车 电气设备的产品，应具有一定的抗盐雾能力，并能满足GB/T 2423.17中的有关规定。

5.4 定频振动和扫频振动

根据电机及控制器的安装部位，电机及控制器应经受上下、左右、前后三个方向的定频振动试验和上下方向的扫频振动试验。其他方向还需要作扫频振动试验的，应在具体的产品标准中规定。

5.5 控制器壳体机械强度

控制器壳体应能承受30 cm 30 cm的面积上加100 kg重力，而不发生明显的塑性变形。

5.6 防水、防尘

当淋雨、高压水冲洗时，电机及控制器的构造、安装和通风的方式应保证电机及控制器不出现损坏。电机应符合GB/T 4942.1中IP 55等级，控制器应符合GB/T 4942.2中IPX5产品防护等级要求。

5.7 温升限值

电机应采用下级或H级绝缘。采用4.1.2运行条件或4.1.3运行条件和本标准规定的环境条件，

电机应符合GB 755-2000中7.10规定的温升限值，控制器中各部位的温升应符合GB/T 12668-1990中4.3.15的要求。

5.8 电机定子绕组冷态直流电阻

其电阻值在具体产品中规定。

5.9 电机绕组的匝间绝缘

应达到GB 14711-1993中9.2.1的要求。

5.10 电机定子绕组对机壳的绝缘电阻

在冷态时电机定子绕组对机壳的绝缘电阻值应大于20 MΩ。

5.11 耐电压

电机绝缘应具有足够的介电强度，应能承受GB/T 14711-1993中9.1和9.2规定的耐电压试验，无击穿和闪络现象。控制器的各带电电路对地(外壳)和彼此无电连接的电路之间介电强度，应能耐受GB/T 12668-1990中4.3.14所规定的试验电压，持续时间为1 min。电动车KD,新能源商用车出口,纯电动SKD,国产电动卡车KD,电动车出口

5.12 电压波动

电机及控制器必须能在电源电压为120%额定电压值下安全承受最大电流。另外，电机在电源电压降为75%额定电压时，应能在最大电流下运行(不要求连续运行)。

5.13 峰值功率

按产品规定的持续时间，电机的最大输出功率应达到产品的峰值功率值。

5.14 堵转转矩和堵转电流

为保证电动 汽车 在起动时有足够大的起动转矩，要求电机达到产品规定的堵转转矩值，其堵转电流应不大于控制器提供的最大电流值。

5.15 电机空载转速

在额客电压时，电机空载运行，其最高转速值应满足产品最高空载转速的要求。

5.16 噪声

在正常工作条件下，电机及控制器运行所发出的噪声应符合GB 10069.3的噪声限值要求。

5.17 振动

在正常工作条件下，电机的振动应符合GB 10068.2的振动限值要求。

5.18 安全接地检查

电机及控制器中能触及的金属部件与外壳接地点处的电阻应不大于0.1Ω。接地导线须用黄/绿相间的双色线。接地点应有明显的接地标志。

5.19 电机控制器的过载能力

在额定输出电流下连续工作，允许加非周期性过载，过载的倍数和持续时间在产品中规定。

5.20 电机控制器的保护功能

电机控制器应具有过电流、过电压和欠电压的保护功能。

5.21 馈电要求

在电机因惯性旋转或被拖动旋转时，电机运行于发电机状态。电机通过控制器应能给125%额定电压的电压源充电。馈电电流的大小和馈电效率在产品指标中规定。

5.22 最高工作转速

在额定电压时，电机带载运行所能达到的最高转速。带载的大小和最高工作转速值在产品指标中规定。

5.23 转速

电机应能承受1.2倍最高工作转速试验，持续时间为2 min，并能保证其机械不发生有害变形。

5.24 热态绝缘电阻

电机在室温，热态和受潮后都应有足够的绝缘电阻值。在湿热试验后其热态绝缘电阻值应不低于GB/T 12665-1990中4.1.1的规定，控制器中各带电电路之间及带电零部件与导电零部件或接地零部件之间的电气间隙和爬电距离应符合GB/T 126G8.2-2000中4.3.13的规定。控制器的带电电路与地(外壳)之间的绝缘电阻在环境温度为40 和相对湿度为95%时，不小于1 MΩ。

5.25 接触电流

电机及控制器应具有良好的绝缘性能。在正常工作时，其热态接触电流应不大于5 mA。

5.26 电机转矩。转速特性及效率

电机及控制器应达到具体产品要求的转矩。转速特性以及具体产品所提出的效率。

5.27 电磁兼容性

5.27.1 电磁辐射

电机及控制器在运行中所产生的电磁辐射不得超过GB 14023-2000中第4章所规定的辐射干扰允许值。

5.27.2 电磁辐射抗扰性

按GB/T 17619-1998中第4章规定的测量方法和表1规定的抗扰性电平进行试验，电机及控制器在正常使用条件下能正常工作。电动车KD,新能源商用车出口,纯电动SKD,国产电动卡车KD,电动车出口

5.28 耐久性

在额定负载和额定转速的运行条件下，保证电机及其控制器在第一次使用时的无故障工作时间为3000 h。

6 常规检验

每台电机及控制器必须进行以下项目的常规检验。

6.1 电机空载转速

6.2 电机定子绕组的冷态直流电阻值

6.3 电机绕组匝间绝缘

6.4 控制器壳体机械强度

6.5 电机定子绕组对机壳的绝缘电阻

6.6 耐电压

6.7 堵转转矩和堵转电流

6.8 噪声

6.9 电压波动

6.10 电机控制器的过载能力

6.11 电机控制器保护功能

6.12 安全接地检查

7 型式检验

在产品定型、转产、转厂、停产后复产，结构、材料或工艺有重大改变或合同规定等情况下，应进行型式检验，抽试产品样本数量为2台，如有项目不合格，该项目复检的样本数量应当加倍。重检如仍不合格，则应判定为不合格。检验项目如下。

7.1 环境试验

7.1.1 温度、湿度和热态绝缘电阻。

7.1.2 定频振动和扫频振动。

7.1.3 盐雾

7.2 温升

7.2.1 按4.1.2短时过载周期工作制运行。

7.2.2 按4.1.3 ISO城市工况及市郊工况要求运行。

7.3 防水、防尘

7.4 电机转矩一转速特性及效率

7.5 馈电

7.6 最高工作转速

7.7 超速

7.8 振动

7.9 接触电流

7.10 峰值功率

7.11 电磁兼容性

7.12 耐久性

附录A

(提示的附录)

单台电动机与控制器输出容量的匹配关系

附录B

(提示的附录)

城市工况及市郊工况

表 B1 基本城市循环

表 B2 市郊循环