纯电动汽车驱动电机系统效率模型的研究

1、纯电动汽车驱动电机系统效率模型的研究赵长春2013-9-6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优化控制提供依

2、据。可以利用电动汽车电机加载试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驱动电机效率测试是在基于CAN总线控制的电动汽车电机加载试验台上进行，试验台结构如图1所示。图1电机加载试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 zhaocc进行驱动电机系统效率测试时，由工控机发送控制报文到CAN总线，进而控制被测电机工作在转矩模式，而负载电机工作在转速模式，在负载电机不同的转速下调节被测电机转矩输出，

3、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。试验台数据采集单元（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按照GB/T18488.22006电动汽车用电机及其控制器试验方法中的规定进行计算。 式中： 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试验记录采用1.1节中描述的试验方法，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进行了测试，

4、试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做出的电机系统效率立体曲面如图2所示：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： 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80%的区域面积占整个测试区域的50%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

15、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，=f(n，T)。此电机效率多项式，=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

16、型构建利用matlab分别采用2，3，4，5次二元多项式对表1中驱动电机效率数据进行曲线拟合。拟合结果表明，3次曲线拟合结果能较好地吻合实测数据，5次曲线能进一步圆滑实测值，但结果与3次曲线相差太大。综合考虑拟合结果的精度及运算工作量，确定采用3次函数对电机效率进行拟合。得到的数学表达式如下：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）将表1中的实测转速及转矩代入式(1)，得到电机效率计算值。驱动电机效率的试验结果与模拟计算值进行对比，相对误差最大为2%，表明式(1