純電動汽車驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)效率模型的研究

1、純電動汽車驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)效率模型的研究趙長春2013-9-6海馬轎車有限公司電動汽車事業(yè)部 鄭州市航海東路第十七大街1689號摘要：電動汽車電機(jī)系統(tǒng)是電動汽車的核心部分，其工作效率高低，對電動汽車?yán)m(xù)駛里程影響很大。本文討論了如何建立電動汽車電機(jī)系統(tǒng)的效率模型。關(guān)鍵詞：純電動汽車；電機(jī)系統(tǒng)；效率模型； 在純電動汽車上，驅(qū)動電機(jī)利用車載電源通過電機(jī)控制器驅(qū)動車輛行駛。驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)是電動汽車的核心部分，其工作效率高低，對電動汽車?yán)m(xù)駛里程影響很大。因此，有必要對電機(jī)系統(tǒng)效率進(jìn)行研究，獲得電機(jī)效率與轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，進(jìn)而在電機(jī)系統(tǒng)工況變換控制過程中，為整車控制器實(shí)現(xiàn)基于電機(jī)系統(tǒng)最佳效率的優(yōu)化控制提供依

2、據(jù)?？梢岳秒妱悠囯姍C(jī)加載試驗(yàn)臺進(jìn)行電機(jī)系統(tǒng)效率測試，利用Matlab對電機(jī)系統(tǒng)的效率測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，構(gòu)建電機(jī)系統(tǒng)效率模型。1驅(qū)動電機(jī)效率測試 1. 1驅(qū)動電機(jī)效率測試方法驅(qū)動電機(jī)效率測試是在基于CAN總線控制的電動汽車電機(jī)加載試驗(yàn)臺上進(jìn)行，試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1電機(jī)加載試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)示意圖作者簡介 趙長春 男 1980年1月畢業(yè)于長春理工大學(xué)電子工程系電子技術(shù)專業(yè) 學(xué)士學(xué)位 高級工程師 現(xiàn)從事電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 zhaocc進(jìn)行驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)效率測試時，由工控機(jī)發(fā)送控制報文到CAN總線，進(jìn)而控制被測電機(jī)工作在轉(zhuǎn)矩模式，而負(fù)載電機(jī)工作在轉(zhuǎn)速模式，在負(fù)載電機(jī)不同的轉(zhuǎn)速下調(diào)節(jié)被測電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出，

3、完成被測電機(jī)設(shè)定工況點(diǎn)的效率測試。用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量儀測試電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩信號，計算得到被測電機(jī)輸出功率。試驗(yàn)臺數(shù)據(jù)采集單元（功率分析儀）采集驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)輸入的直流電壓及電流信息，得到直流電源為電機(jī)控制器提供的總功率。驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)整體效率按照GB/T18488.22006電動汽車用電機(jī)及其控制器試驗(yàn)方法中的規(guī)定進(jìn)行計算。 式中： 為整體效率，% ； n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，rpm； T為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，Nm； U為控制器輸入接線端子處的輸入電壓有效值，V； I為控制器輸入電流有效值，A。 1.2試驗(yàn)記錄采用1.1節(jié)中描述的試驗(yàn)方法，對東風(fēng)電機(jī)廠提供的額定功率11KW電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)效率進(jìn)行了測試，

4、試驗(yàn)記錄填寫在下面的表1里：第一次測試數(shù)據(jù)第二次測試數(shù)據(jù)第三次測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)速扭矩效率轉(zhuǎn)速扭矩效率轉(zhuǎn)速扭矩效率50229.483.35018.795.350212867.950040.182.350118.684.950512967.249850.679.550129.182.650310172.550160.777.349939.879.550311170.24987175.450250.278.549012166.150181.273.650060.877.149112665.549791.672.550270.475.649712766.849811069.149981.274.550210

5、171.2998681.810005.8769991088099916.986.8100116.583.9100011379.7100127.185.5100327.486.599711778.399937.785.6100137.585.299910380.699948.385.6100147.985.110019881100058.384.410025884.3100288.382.2100068.683.3100068.383.810029981.7100078.582.6100178.482.4100110879.515004.170.414994.369.4150196.385.31

6、5001584.9150015.184.7150399.383.8150025.386.6150225.587150686.285.8149935.987.4150135.787.3150091.284.7150046.187.2150246.187.4149976.485.6150056.387.3150356.287149886.585.2150066.486.6150166.286.2150096.685.619983.160200124.186.320003.261.8200013.381.3200134.587.7200013.581.4200023.785.1199944.687.

7、9199980.288199834.187.1200355.188.520048587.9199844.187200265.288.5199964.787.9199954.788200375.288.3199874.687.624982.351.725032.962.3249974.289249812.481.3249913.384249979.189.2249923.186.4250123.887.9250059.289249833.388250134.188.8250164.689.9250043.288.2250144.489.7250169.789.9250054.189.625005

8、4.489.5249963.588.530031.741.930012.859.3300059.890.6299912.181.2300113.283300064.790.5299922.585.6300023.788.1300069.289.7300032.787.9300034.189.3300063.790.2299943.188.8300044.690.5300154.790.631972.355.531992.858.6319872.889.231981280.8320013.283.4319978.189.4319822.686.8320023.888.3319964.790.23

9、19832.988.3320034.289.6320170.191.1320037.888.4320144.790.9320074.991319943.289.5320049.790.7319958.189.3320048.589.9320154.790.2319963.289.3319853.690320159.390.1319868.890.234992.251.635012.958.6349963.289.734991280.1349913.684.9349968.590.5349922.686.8349824.689.6349973.189.5349932.988.3349934.89

10、0.3349960.490.8349938.389.734994590.8349865.590.8349943.189.3349950.391349953.289.6349948.590.3349955.491.1349958.189.73700247.636993.261.1369963.590.1369712.381.6369813.984.1369961.491.2369722.987.637002590.3369966.791.636973389.2369935.490.9369848.690.5369938.489.9370145.590.5369853.589.8369843.18

11、9.3369751.190.9369858.790.239982.352.740013.867.4400064.390.7400012.481399714.785.8399751.991.7399823.489.1399825.690.1399857.692.2399833.388.5399736.591.8399848.990.6399838.989.9399841.491399859.290.941982.35141984.367419759.691.2419812.982.4419815.486.9419864.490.8420023.588.3419826.188.5419847.79

12、2419933.990.2419931.790.4419852.991.741993990.3419736.991.5419949.490.8419944.190.7419742.391.6419954.590.945022.856.445005.270.2449851.193.1450013.684.8449816.587.6450054.293.6450224.690.6449827.490.5450155.190.9450234.489.9449832.791.3449760.391.7449839.690.1449838.191.6449849.890.445014591.144984

13、3.291.8449847.792.746983.158.146985.772.1469855.791.3469813.883.3469817.286.7469838.192.5470124.688.2469927.990.2469945.390.8470432.483.3469831.792470050.391469940.290.6469734.892.8469836.591.549983.457.349987.276.4499956.791.649981585.2499915.188.8499616.885499825.589.4499916.383.649991889.4500035.

14、989.549981896.7499846.490.8499841.490.8499617.188.1499651.591利用matlab做出的電機(jī)系統(tǒng)效率立體曲面如圖2所示：圖2電機(jī)系統(tǒng)效率立體曲面 利用matlab做出的電機(jī)系統(tǒng)效率等高線圖，如圖3所示： 圖3 電機(jī)效率分布圖1.3電機(jī)效率測試分析由圖3可以看出，被測驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)最高運(yùn)行效率88%，在轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的較大區(qū)域內(nèi)都有較高的效率，該被測電機(jī)系統(tǒng)效率80%的區(qū)域面積占整個測試區(qū)域的50%以上，在低轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)矩區(qū)域，電機(jī)有效輸出功率較少，導(dǎo)致電機(jī)系統(tǒng)效率較低，在高轉(zhuǎn)速及高轉(zhuǎn)矩的電機(jī)過載區(qū)域，由于要對電機(jī)進(jìn)行弱磁控制，系統(tǒng)效率也有降低。2

15、驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)效率模型構(gòu)建2.1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)效率模型的概念在純電動汽車運(yùn)行過程中，整車控制器對司機(jī)駕駛意圖進(jìn)行辨識，計算電機(jī)需求轉(zhuǎn)矩，并向驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)發(fā)出控制指令。使電機(jī)高效地達(dá)到設(shè)定的工況，能提高車載能源利用水平，延長車輛續(xù)駛里程。由圖3可見，驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)在同一轉(zhuǎn)速、不同轉(zhuǎn)矩下工作時，效率并不恒定，存在效率最高點(diǎn)。在整車控制器開發(fā)過程中，需要建立一個數(shù)學(xué)表達(dá)式，以便采取電機(jī)最高效率控制策略的實(shí)時計算和控制。為此，利用matlab，建立電機(jī)效率多項(xiàng)式，=f(n，T)。此電機(jī)效率多項(xiàng)式，=f(n，T)又稱為電機(jī)系統(tǒng)效率模型，可以為整車控制器實(shí)現(xiàn)最佳效率的能量管理策略提供依據(jù)。2. 2電機(jī)系統(tǒng)效率模

16、型構(gòu)建利用matlab分別采用2，3，4，5次二元多項(xiàng)式對表1中驅(qū)動電機(jī)效率數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合。擬合結(jié)果表明，3次曲線擬合結(jié)果能較好地吻合實(shí)測數(shù)據(jù)，5次曲線能進(jìn)一步圓滑實(shí)測值，但結(jié)果與3次曲線相差太大。綜合考慮擬合結(jié)果的精度及運(yùn)算工作量，確定采用3次函數(shù)對電機(jī)效率進(jìn)行擬合。得到的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：eff=88.373-0.0153972*n+0.14374*T+9.5518e-007*n2+0.00070763*n*T-0.01076*T2+2.4255e-010*n3+-8.2656e-008*n2.*T-2.8781e-006*n*T2+6.2006e-005*T3 （1）將表1中的實(shí)測轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩代入式(1)，得到電機(jī)效率計算值。驅(qū)動電機(jī)效率的試驗(yàn)結(jié)果與模擬計算值進(jìn)行對比，相對誤差最大為2%，表明式(1