專利名稱：一種電動汽車電機試驗系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及電動汽車用電機試驗領域，具體而言涉及一種電動汽車電機試驗系統及控制方法。
背景技術：
電動汽車動力驅動系統要求調速范圍寬、起動轉矩大、后備功率高、功率密度大、可靠性好、具有恒轉矩和恒功率區等。基于蓄電池的容量方面考慮，要求電動機的比功率、比轉矩和效率都盡可能地高。同時，為了使整車性能達到最佳匹配，還要求電動機公路車必須滿足整車的動力性能、滿足最高車速、爬坡、滿載加速等性能要求。可見，作為整個系統的動力來源的電動機及控制器是決定電動汽車性能的直接因素，因此，對電動汽車電機及控制器的性能試驗是非常重要的。
目前常用的測功機主要有直流電力測功機，電渦流測功機和水力測功機。直流電力測功機由直流電機、測力計和測速發電機組合而成。直流電機的定子由獨立的軸承座支承，它可以在某一角度范圍內自由擺動。機殼上帶有測力臂，它與測力計配合，可以檢測定子所收到的轉矩。轉軸上的轉矩可以由釘子上測量。與直流電機電機類似，直流測功機調速性能好，控制簡單，單，但由于換向器的原因，不適合高速運行，而且大功率的測功機相對與其他類型，體積較大。不適用于動力電機測試。電渦流測功機，是利用渦流產生制動轉矩來測量機械轉矩的裝置。它由電磁滑差離合器、測力計和測速發電機組成。它無法滿足電動汽車電機在額定轉速點以下恒轉矩，額定轉速以上恒功率加載的特性；同時，水利測功機同樣無法滿足該特性。此外，這兩種測功機均不能滿足電動汽車及控制器的饋電試驗要求。其中，恒轉矩/恒功率輸出是指是指電機不管轉速如何變化均可以某一固定轉矩值輸出。恒功率輸出是指電機不管轉速如何變化均可以某一固定功率值輸出。饋電試驗是指電動汽車電機及控制器在實際工況中需要將發出的電充到汽車電池中，為檢驗該功能而進行的試驗。

發明內容
本發明提供了一種電動汽車電機試驗系統，用于解決現有技術中的電機試驗系統無法滿足電動汽車電機在額定轉速點以下恒轉矩，額定轉速以上恒功率加載的問題。根據本發明的一個方面，提供了一種電動汽車電機試驗系統，包括被測電機控制器，與被測電機相連，用于控制被測電機模擬電動汽車運行時電機的運行狀態；交流電力測功機，與被測電機軸輸出端相連，用于為被測電機及控制器提供負載；測功機控制器，與測功機相連，用于控制測功機在測電機模擬電動汽車運行時，為被測電機及被測電機控制器提供負載；轉速轉矩傳感器，與被測電機的輸出軸相連，用于檢測被測電機的轉速和轉矩。其中，上述轉速轉矩傳感器與被測電機的輸出軸通過高速膜片聯軸器連接。其中，上述轉速轉矩傳感器為交流電力測功機自帶的轉速轉矩傳感器。進一步地，上述系統還包括帶饋電裝置的整流電源，設置于電機與電動汽車電池之間，用于對電機進行饋電檢驗。進一步地，上述系統還包括能耗單元，與被測電機相連，用于吸收被測電機以及被測電機控制器在制動狀態時發出的電能。其中，上述被測電機與交流電力測功機通過聯軸器連接在一起。其中，上述交流電力測功機控制器通過直接轉矩控制方式對交流電力測功機進行控制。根據本發明的另一個方面，提供了一種電動汽車電機試驗控制方法，包括控制被測電機的運行，以模擬電動汽車運行時電機的狀態；根據被測電機的運行狀態控制交流電力測功機為被測電機提供負載；檢測被測電機在各運行狀態對應的速度值及轉矩值。其中，根據被測電機的運行狀態控制交流電力測功機為被測電機提供負載包括當被測電機處于牽引工況時，交流電力測功機按照轉矩進行閉環控制，為被測電機的提供 牽引阻力負載。其中，根據被測電機的運行狀態控制交流電力測功機為被測電機提供負載包括當被測電機處于電制動工況時，控制交流電力測功機為被測電機提供制動阻力負載。本實施例的電動汽車電機試驗系統采用的是交流異步變頻電機，該電機在電動和發電工況均具備額定轉速點以下恒轉矩，額定轉速以上恒功率加載的特性。因此，本發明的電動汽車電機試驗系統能夠在電動汽車處于各工況時，為被測電機提供負載，模擬電動汽車實際運行時所需要的動力輸出。進而提高對電動汽車電機測試的準確性。


圖I是本發明實施例I的電動汽車電機試驗系統的組成部分示意圖；圖2是本發明實施例I的電動汽車運行速度曲線圖；圖3是本發明實施例2的電動汽車電機試驗系統結構框圖；以及圖4是本發明實施例3的電動汽車電機試驗控制方法流程圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明實施例作進一步詳細的說明。圖I是本發明實施例I的電動汽車電機試驗系統的組成部分示意圖。如圖I所示，該電動汽車電機試驗系統10包括以下組成部分被測電機15以及被測電機控制器11，與被測電機相連，用于控制被測電機模擬電動汽車運行時電機的狀態，以控制電動汽車的動力情況。交流電力測功機12，與被測電機軸輸出端相連，用于為被測電機及控制器提供負載，以模擬電動汽車實際運行時所需要的動力輸出；該交流電力測功機可以模擬被測電機以及被測電機控制器的負載，進而模擬出電動汽車實際運行所需要的動力輸出。測功機控制器13，與測功機相連，用于控制測功機在測電機模擬電動汽車運行時，為被測電機及被測電機控制器提供阻力。轉速轉矩傳感器14，與被測電機的輸出端相連，用于檢測被測電機的轉速和轉矩。
本實施例中的上述被測電機與交流電力測功機12可以通過聯軸器連接在一起。這樣靠聯軸器可以將被測電機輸出的力傳遞給交流電力測功機。上述交流電力測功機控制器13可以通過直接轉矩控制方式對上述交流電力測功機12進行控制。該方式應用在對轉矩測量精度要求較高的電動汽車的動力試驗中，與傳統的控制方式相比，它對轉矩的控制精度可達到O. 3%，可以提高控制精度。由于轉矩和轉速是被測電機及被測電機控制器(即電動汽車動力系統)性能的直接體現，同時也能反應出電動汽車動力系統的匹配度及合理性，為電動汽車配置合理的動力系統提供依據。因此，對上述轉速轉矩傳感器與被測電機的連接可靠性要求非常高。本實施例中的轉速轉矩傳感器14可以與上述被測電機的輸出軸通過高速膜片聯軸器連接，這種連接方式可以承受高速運轉以及滿負載長的時間運行，并減少對整體電機試驗系統的控制精度以及測量精度的影響。此外，該轉速轉矩傳感器14還可以采用交流電力測功機自帶的轉速轉矩傳感器。由于交流電力測功機與轉速轉矩傳感器為一個整體，可以進一步地提聞電機試驗系統的精準性。在上述系統10中，被測電機及交流電力測功機構成了一個閉環主電路循環系統，·牽引工況時被測電機和交流測功機分別處于電動機和發電機狀態，能量互為消耗，對電能耗費量小，只需控制電能和機械摩擦耗能。被測電機及電機控制器用于實現汽車的牽引和電制動工況；交流測功機受交流電力測功機控制器的控制模擬電動汽車行使過程中遇到的動態阻力。本實施例的電動汽車電機試驗系統主要實現牽引工況以及電制動工況，以下對這兩種工況進行詳細說明在牽引工況下，被測電機及控制器模擬電動汽車牽引，其輸出功率經變速器傳遞至處于發電工況的交流電力測功機，交流測功機按照轉矩閉環控制，模擬電動汽車的阻力負載。在電制動工況下，交流電力測功機繼續模擬電動汽車在制動過程中的阻力變化，而被測電機及電機控制器則在飛輪的慣性旋轉的帶動下處于發電工況，模擬實現電動汽車再生能量的電阻消耗或者反饋。在實現上述兩種工況的過程中，被測電機及其控制器依次實現電機的恒力矩、恒轉速和自然特性，以及電動汽車的牽引加速、惰行和制動減速三個過程。在電機控制器的牽引控制和負載控制共同作用下，對電動汽車電機整體情況進行試驗，可以如圖2所示的電動汽車運行速度曲線圖，通過對該圖的分析可以得出電動汽車運行在不同工況下的被測電機特性。本實施例的電動汽車電機試驗系統采用交流電力測功機，該測功機在電動汽車處于電動和發電工況時，具備額定轉速點以下恒轉矩，額定轉速以上恒功率加載的特性，并且采用轉矩控制來保證恒轉矩加載以及轉速控制，保證了恒轉速的加載。此外，根據交流電力測功機的特點，通過對電壓進行相關的控制曲線以及擬合等方式可以實現額定轉速以上恒功率加載。因此，本實施例的電動汽車電機試驗系統能夠在電動汽車處于各工況時，為被測電機提供負載，模擬電動汽車實際運行時所需要的動力輸出，提高對電動汽車電機試驗的準確性。實施例2本實施例的電動汽車電機試驗系統與上述實施例I中的電動汽車電機試驗系統的區別在于，本實施例的系統還包括帶饋電裝置的整流電源以及能耗單元，由于增加了這兩個組成部分，本實施例的系統可以實現電動汽車電機的饋電試驗。并且，本實施例對除實施例I中包括的各組成部分之外，電動汽車電機試驗系統還包括的其它組成部分進行了說明。圖3是本發明實施例2的電動汽車電機試驗系統結構框圖。如圖3所示，該試驗系統包括以下組成部分進線電源AR3電源輸入柜，配置線路保護斷路器及分斷接觸器，該進線電源柜用于試驗系統總動力電源進線控制以及提供過流、過壓、接地、缺相等保護功能。TMl整流變壓器，用于將進線電源變換至變頻電源需要的輸入電源。同時將試驗系統電源與電網進行隔離。確保變頻電源運行過程中不對工廠電網進行干擾。AR4直流穩壓電源柜，用于電動汽車電機控制器供電，其電壓可根據實際測試進行調節。AR5測量接線柜，配置I路直流輸入、3路交流輸出測量，用于測量被試控制器輸入電參數及被試電機輸入電參數。CDMl被試電機 控制器，AR6測功機控制器，用于交流電力測功機Cl牽引控制及制動控制，控制方式為直接轉矩控制。Cl交流電力測功機,作為被試電機的負載設備。τ-η轉矩轉速傳感器,用于被試電機輸出轉矩測量。Ml為被試汽車電機。其中，本實施例中的交流電力測功機可以采用ACG系列交流電力測功機系統，該系統由一臺懸浮起來的交流電力測功機，轉矩轉速傳感器、安裝底座及與動力機械連接法蘭，可四象限運行的ACS800系列交流變頻調速系統組成。其中，ACS交流變頻調速系統通過控制測功機的的轉速和扭矩來對被試電機進行加載。該測功機可以方便的實現雙向加載，同時在轉速很低時可以提供足夠的加載能力；并且其加載特性為零轉速至額定轉速為恒扭特性，額定轉速至最高轉速為恒功率特性，因此該測功機適合應用于本實施例系統中。為了檢驗電動汽車的電機在運行時是否能夠將發出的電能充到汽車電池中。本實施例的電動汽車電機測試系統包括帶饋電裝置的整流電源，該電源設置于電機與電動汽車電池之間，用于對電機進行饋電檢驗，例如，在電動汽車下坡時，可以使動力系統從電動狀態轉為發電狀態并將發出的電能重新充到電動汽車蓄電池中，從而節省了能源。采用該電源，系統可以避由于使用免蓄電池長期放電的情況下，電壓降低對系統所帶來的影響，同時饋電裝置的存在可以實現蓄電池充電的功能，并可以根據測量來獲知發電量的大小。由于整流電源安裝方便，避免了使用蓄電池時，充放電的時間過長，因此大大提高整套系統的工作效率。基于上述帶饋電裝置的整流電源，本實施例的該系統還可以包括能耗單元，該能耗單元與被測電機相連，用于吸收被測電機以及被測電機控制器在制動狀態時發出的電能。同時能耗單元還可以根據被試電機的運行工況的需求對電壓進行調整，避免了使用蓄電池只能在固定的電壓下進行試驗的問題。實施例3圖4是本發明實施例3的電動汽車電機試驗控制方法流程圖。如圖4所示，該方法包括以下步驟步驟401 :控制被測電機的運行，以模擬電動汽車運行時電機的狀態；步驟402 :根據被測電機的運行狀態控制交流電力測功機為被測電機提供阻力；步驟403 :檢測被測電機在各運行狀態對應的速度值及轉矩值、響應時間值。
本實施例的電動汽車電機試驗控制方法主要用于控制電動汽車電機試驗系統的各設備以實現電動汽車牽引工況以及電制動工況，當牽引工況下，被測電機及控制器模擬電動汽車進行牽引，其輸出功率經變速器傳遞至處于發電工況的交流電力測功機，交流測功機按照轉矩閉環控制，模擬電動汽車的阻力負載。此時測功機為拖動狀態，采用閉環轉速控制模式，控制精度可以達到O. I %，被試電機為發電狀態，通過被試電機控制器的轉矩控制模式來進行發電。在電制動工況下，交流電力測功機繼續模擬電動汽車在制動過程中的阻力變化，而被測電機及電機控制器則在飛輪的慣性旋轉的帶動下處于發電工況，模擬實現電動汽車再生能量的電阻消耗或者反饋。被測電機控制器的直流母線端加設電壓可調的斬波器，這樣當被試電機及控制器發電時，直流母線電壓上升，當達到了斬波器設置的觸發電壓，將使斬波器導通，此時能耗電阻與直流母線相連，消耗發出的電能。本實施例還提供了一種電動汽車電機試驗控制系統，該系統可以采用上述電動汽車電機試驗控制方法來對電動汽車電機試驗系統進行控制，該系統包括功率分析儀以及工控機。該系統可以基于上位機軟件將所有部件聯合成自動控制系統，該控制系統可以基于LABVIEW平臺開發，并通過CAN等通訊協議將整流電源、電動汽車控制器、測功機控制器組 網。其中，功率分析儀可以將被試電機控制器的輸入電量，即電動汽車蓄電池輸出電量、被測電機控制器輸出、即被試電機輸入的電量、被試電機輸出轉矩轉速，即電動汽車動力系統的性能反應等參數實時同步采集，并通過GPIB總線聯接系統軟件，在有效保證測試數據的精度的同時也保證了數據的真實性。并且，通過計算機數據采集系統可以準確、快速地檢測到電動汽車電機的運行狀態，進而分析電動汽車運行在不同工況下的電動汽車電機特性，提高了電動汽車電機測試的效率以及準確性。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種電動汽車電機試驗系統，其特征在于，包括 被測電機控制器，與被測電機相連，用于控制所述被測電機模擬電動汽車運行時電機的運行狀態； 交流電力測功機，與所述被測電機軸輸出端相連，用于為被測電機及所述控制器提供負載； 測功機控制器，與所述測功機相連，用于控制所述測功機在所述測電機模擬電動汽車運行時，為被測電機及所述被測電機控制器提供負載； 轉速轉矩傳感器，與所述被測電機的輸出軸相連，用于檢測所述被測電機的轉速和轉矩。
2.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述轉速轉矩傳感器與所述被測電機的輸出軸通過高速膜片聯軸器連接。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述轉速轉矩傳感器為所述交流電力測功機自帶的轉速轉矩傳感器。
4.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述系統還包括 帶饋電裝置的整流電源，設置于所述電機與電動汽車電池之間，用于對所述電機進行饋電檢驗。
5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述系統還包括 能耗單元，與所述被測電機相連，用于吸收被測電機以及所述被測電機控制器在制動狀態時發出的電能。
6.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述被測電機與所述交流電力測功機通過聯軸器連接在一起。
7.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述交流電力測功機控制器通過直接轉矩控制方式對所述交流電力測功機進行控制。
8.一種電動汽車電機試驗控制方法，其特征在于，包括 控制被測電機的運行，以模擬電動汽車運行時電機的狀態； 根據所述被測電機的運行狀態控制交流電力測功機為所述被測電機提供負載； 檢測所述被測電機在各運行狀態對應的速度值及轉矩值。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，根據所述被測電機的運行狀態控制交流電力測功機為所述被測電機提供負載包括 當所述被測電機處于牽引工況時，所述交流電力測功機按照轉矩進行閉環控制，為所述被測電機的提供牽弓I阻力負載。
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，根據所述被測電機的運行狀態控制交流電力測功機為所述被測電機提供負載包括 當所述被測電機處于電制動工況時，控制所述交流電力測功機為所述被測電機提供制動阻力負載。
全文摘要
本發明公開了一種電動汽車電機試驗系統，用于解決現有技術中的電機試驗系統無法滿足電動汽車電機在額定轉速點以下恒轉矩，額定轉速以上恒功率加載的問題。該系統包括被測電機控制器，與被測電機相連，用于控制被測電機模擬電動汽車運行時電機的狀態；交流電力測功機，與被測電機軸輸出端相連，用于為被測電機及控制器提供負載，以模擬電動汽車實際運行時所需要的動力輸出；測功機控制器，與測功機相連，用于控制測功機在測電機模擬電動汽車運行時，為被測電機及被測電機控制器提供阻力；轉速轉矩傳感器，與被測電機的輸出軸相連，用于測量被測電機的轉速和轉矩。該系統可以提高對電動汽車電機測試的準確性。
文檔編號G01M15/00GK102706564SQ20121020857
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者劉明超, 夏宇輝, 易吉良, 李立中, 黎俊, 龍永紅 申請人:株洲中達特科電子科技有限公司