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新能源电驱体系标准解读与拓展:GB/T 18488.1-2015电动车用驱动电机体系

2019-12-13 20:35:46 49选7历史基本走势图 已读

来源 | 臭皮匠实验室、动力君智享新动力

GB/T 18488.1-2015 电动汽车用驱动电机体系规定了电动汽车用驱动电机体系的做事制、电压等级、型号命名、要乞降检验规则以及标志与标识等,本片面适用于电动汽车用驱动电机体系、驱动电机、驱动电机控制器,对仅具有发电功能的车用电机及其控制器,可参照本片面实走。

1

液态体系冷却回路密封性能

I. 原首内容:

这一条属于“5.2 清淡性项现在”,在标准中关于这一条的描述如下:

睁开盈余95%

II. 标准解读

划重点:1、对象:液冷的驱动电机及驱动电机控制器;2、不矮于200 kPa并保持压力起码15 min。(相通是废话..)

BUT,这条标准到底是干嘛用的?起程点是源自于何?对于差别寿命的产品,比如10年20万公里或15年30万公里,有什么区别吗?(一大堆的疑问...)

是的,标准并未对考核现在标对象的操纵里程、年限和工况进走遮盖。

下面做下拓展。

III.拓展行使

从终端客户角度起程,“液态体系冷却回路密封性能”是针对电驱体系在首停和运走的完善的lifetime中,对冷却体系密封的考核,属于郑重性一片面。

所以,答起码含两片面:稳态压力与脉动测试。

并答从以下四个方面对周围和工况进走定义。

1). 电驱体系水道温度谱

2). 寿命(如,30万公里)和对答时间(如,7500h)

3). 进出水口压力测试数据

4). 路谱运走工况的进出水口的压力震动数据

IV.理论基础

理论上一切的零件都有本身对答原料的S-N弯线,即能够用累积毁伤的理论D=PK*T(这是个益东西!),进走疲劳校核和验证。

对于稳态压力测试,D=PK*T,P为平均入水口压力,T为运走时间,即上述挑到的7500h,K为加速系数。

对于脉动测试,将上述T换成N,即脉冲次数,即可获得“首停”或“工况切换”过程中对于密封件的疲劳毁伤。

“相通温度谱异国用到啊?”。关于这个疑问,晓畅下温度和P的理论有关,即可根据3)的数据可获得差别温度下的压力。

到此,根据上述等效计算模型,初步可获得对答整车寿命请求的“冷却回路密封性能”技术请求:测试时间和脉冲次数。

进一步的,根据脉冲次数,对稳态测试进走平分,将上述两片面技术请求进走融相符,即可完善整个冷却回路密封性能测试的循环工况的定义。如下图所示。

请求主要包含以下三方面:

1)压力脉冲测试

2)高压测试

3)矮压测试

其中2)3)均属于前文挑到的稳态测试。下面进一步做下解读。

01 压力脉冲测试

最幼测试压力P_min: 0.5 (-0.1) bar

最大测试压力P_max: 2.5 ( 0.1) bar

压力脉冲频率:25-35 cycle/min

脉冲次数:100 000次

测试温度:T_cool,max,清淡为65℃

关于其循环工况的加载弯线如下图所示:

02 高压测试

最幼测试压力P

测试压力P: 4.0 ( 0.1) bar

测试时间:1h

测试温度:T_cool,max

想说的话:通例测试case中都会包含,必要补充的是,此处虽只有Max水道温度请求,提出补充Min和Nom工况下的测试,仔细环境温度要与其对答。

03 矮压测试

测试压力P: 0.01 (-0.01) bar

测试时间:30min

测试温度:T_RT,清淡为25℃

2

坦然接地电阻测试

01 标准内容

GB/T 18488.1及GB/T18488.2 中对于接地电阻,定义的为坦然接地,别离请求如下:

其中,GB/T 13422对于检测手段和量具请求如下:

02 解读

2.1 “为什么要接地”

在注释这个题目,吾们必要引入一个新的概念:电位平衡 (potential equalization), 这个概念未必候也会被称为等电势连接,在电动车中指的是高压部件的袒露在外的导电部件(主要指的是金属外壳,防护罩等)需良益的与电底盘相连接,形成等电势体。

那么为什么要形成等电势体呢?吾们来看两张图,两个高压部件别离发生了正极绝缘失效和负极绝缘失效,倘若绝缘失效的时候正益有人双手别离接触到两个高压部件外壳时49选7历史基本走势图,第一张图中的人异国触电49选7历史基本走势图,而第二张图中的人却触电了。区别在于什么地方呢?前者中高压部件外壳同时与电底盘相连49选7历史基本走势图,而后者异国连接。有了接地以后,即使两个高压部件别离发生正负极绝缘失效,但是外壳想通而等电势,即使触碰人也不会触电,这就是坦然接地对于高压电坦然的作用。

注释懂得了接地的作用及主要性,能够有人会问“这个不是整车的请求吗?而标准里讲的是电机及电机控制器可导电片面与外壳接地之间的电阻,怎么纷歧样呢?这是由于高压部件接地需求的起程点,是为了已足整车侧等电势请求。为了保证高压部件与电底盘之间的接地电阻以及相连高压部件之间的接地电阻在相符格周围内,吾们最先要保证电驱总成坦然接地电阻有余幼,这也就是为什么18488中挑出了接地点到外壳可导电片面的电阻要幼于0.1Ω。

2.2 “电驱体系如何已足接地请求?”

上面吾们已经讲清了为什么要接地这个题目,那么电驱体系设计时必要如何考虑这个题目呢?下面介绍几个体系设计时必要考虑的几个方面:

1)装配位置

电驱体系在进走安放时必要考虑到整车接地点位置请求来设计接地点。

2)紧固手段

接地线必要考虑到出线的倾向及角度,铜端子必要考虑到防转设计,固定螺栓尽量操纵法兰面大的,以添加接线端子导电面积,减幼接触电阻。

3)接地线请求

▪ 线型选择:清淡来说接地线采用镀锡铜编织线,主要因为是铜容易氧化而导致电阻变大,操纵镀锡铜编织线一方面能够抗氧化,另外一方面是添加导线的抗拉力。

▪ 线径选择:外导线的线径设计时必要考虑导线电阻,清淡请求是等于或者挨近高压部件所用的高压线缆的线径。详细线径的选择能够综相符考虑短时间高压部件的短路电流的大幼。

4)橡胶垫行使带来的题目

在现在通走的二相符一、三相符一电驱动体系产品中,电机控制器往往是安放于电机之上,由于电机控制器的抗振等级是弱于电机的,而且电机与减速器的震动议决壳体传导到控制器上能够会产生NVH题目。为了优化这个题目,橡胶垫往往会行使在电机控制器与电机之间。但是NVH题目得到优化,却带来了个新题目,那就是橡胶垫是绝缘的,电机与电机控制器壳体之间的接地电阻很能够会>0.1Ω。

综上所述,在吾们考虑添加橡胶垫的时候,肯定要考虑接地电阻的题目,倘若是接地电阻过大,就必要在电机与电机控制器之间添加一根接地线。

2.3 测试原理和手段

如下图,接地电阻测试原理很浅易,即欧姆定律。但是测试的电流和电压是必要已足如图请求。另外倘若在测试电驱体系接地电阻时必要将电驱总成安放于绝缘件上面。

03 拓展

议决上面的分析吾们能够晓畅接地电阻吾们期待是越幼越益,而现在国标的请求是0.1Ω,而实际上国外的一些标准是清晰比这个请求高的。在后续更新的国标会不会更新并挑高该项请求,吾们拭现在以待。

3

做事电压周围

"如何理解做事电压周围?"

"什么是满功率输出电压?"

"什么是降功率输出电压?"

"差别做事电压原形和整车有什么有关?"

I 标准内容

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《GB/T 18488.1-2015》关于做事电压周围有如下定义:

《GB/T 18488.2-2015》关于做事电压周围测试有如下定义:

II 解读

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划重点:相符产品技术文件规定。清淡特指整车SOR或RFQ。许众整车的定义如下:”直流母线电压周围 230V~450V“。BUT,这个定义并不克很益反答体系输入和输出特性:

-"230V降功率至0%,照样仍要满功率输出?"

-"450V下对IGBT寿命是否有请求?"

这些题目没讲懂得或不考虑,不足的

所以,整车要对差别电压平台下的输出能力进走细分,现在看到比较益的定义手段如下:

Stage1: 反变器输出侧关断的做事电压临界周围(电压下限) Stage2: 带柔件控制的反变器做事电压(电压下限) Stage3: 无柔件控制的做事电压 Stage4: 带柔件控制的反变器做事电压(电压上限) Stage5: 反变器输出侧关断的做事电压临界周围(电压上限)

如下图所示:

BUT,“为什么要将电压周围分成若干段呢?”。

III 拓展

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关于上述题目,吾们从"天主"(整车)的视角着手考虑,能够分解为三个题目:

1)"stage3的满功率电压周围和整车原形有什么有关?"

2)" 什么是stage2 和stage4的柔件控制?"

3)" 为什么要对stage1 和 stage5进走输出侧的关断?"

1)"满功率电压周围和整车原形有什么有关?"

stage3,即清淡所说的“满功率输出电压”,在此区间内的差别电压下进走标定,确保在此区间内性能和效果达最优值。

关于stage3的定义不详分<四步走>:

→step1: 从整车性能起程,为已足其最高车速、加速时间和最大爬坡需求,计算获得最大功率;

→step2: 根据续航里程和最大放电功率需求,获得最大总能量;

→step3: 根据step2/3的功率和能量请求,结相符单体电池能力,获得串、并数,继而获得动力需求的电压周围;

→step4: 结相符动力电池的最大功率控制和最大放电电流控制,缩短需求周围,最后确定满功率输出的最大电压和最幼电压。

必要补充的是:关于功率和能量需求的计算,必要考虑整车控制策略、走驶工况和电池的循环寿命,这是一个大的话题,后续有机会再物化磕。

2)"什么是stage2 和stage4的柔件控制?"

Stage2和4,均“带柔件控制”,差别的是:stage2是受限于最大放电电流,但在区间内,照样要遵命Stage3手段进走标定,即保证电机最大能力输出;stage4受限于死板部件的强度和疲劳,在此区间内柔件控制最大输出扭矩,此外,若在此电压下发电区,要对功率厉格控制,防止高压器件的损坏。值得仔细的是,对于stage1,要尽能够保证矮压高速时的弱磁深度。

3)"为什么要对stage1 和 stage5进走输出侧的关断?"

要想搞晓畅这个题目,必要问问电池的特性。

下图是某单体电池典型的放电电流(红)和电压弯线(蓝),能够看到整个放电过程中电压弯线能够分<三步走>:

→step1:初首阶段端电压迅速消极。这一展现随着放电倍率的增大,更为清晰。

→step2:电池电压缓慢转折,简称”电池平台区“。有两个特性趋势:1)平台区的不息时间,随着放电倍率的减幼而延迟;2)平台电压越高,电压消极越为缓慢。

→step3:电池电量挨近放完时,电池负载电压极剧消极至放电截至电压。

由此可知,在电池放电过程中,在最先和终结段,别离会产生短时的电压突变和短时偶发欠压,由于电机反响快,此时会有故障产生,所以必要对stage1 和 stage5进走关断操作。

必要补充的是:原则上,动力电池体系的额定电压要和高压体系的额定电压相匹配;但是,从坦然考虑,其做事电压周围,在已足其供电的高压部件批准的做事电压周围基础上,清淡要大于电池体系。

IV 展看

———

1. 从体系架构角度,探讨做事电压周围与电驱体系的功能特性。HVDC端的电压与主动放电、电机和IGBT开关信号的控制、功率计算、过压珍惜均有有关,所以对电压采样精度和电压动态震动的定义专门主要,直接影响故障的产生和体系性能。

2. 关于电压周围与功能坦然的钻研。

例如,控制器检测到欠压或过压,由于扭矩估算要HVDC参量,功能坦然会进入safe state,清淡只定义优等safe state,清淡的行为是进入ASC和主动放电。优等是否过于浅易(电池四级),是否还有其他坦然题目必要考虑,值得探讨。

3. >550V高压体系的行使的探讨。

4

主动放电与被动放电

“ 什么是主被动放电”

“ 为什么要主被动放电”

“ 主动放电的主要途径有哪些,利弊又如何”

“ 关于主被动放电标准的展看”

议决本篇解读,上述题目会有初步答案。

I 标准内容

————

《GB/T 18488.1-2015》关于主被动放电内容有如下定义:

II 解读

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要晓畅主被动放电,吾们先要晓畅电动车里众少电压是高电压呢?关于这个标题,标准《GB/T 18384.2015 电动汽车 坦然请求》里对于高压电有清晰定义,如下:

3.2 A级电压 voltage class A electric circuits

最大做事电压幼于或等于30Va.c.(rms),或幼于或等于60Vd.c.的电力组件或电路。

3.3 B级电压电路 voltage class B electric circuits

最大做事电压大于30Va.c.(rms)且幼于或等于1000Va.c.(rms),或大于60V直流(d.c.)且幼于或等于1500V直流(d.c.)的电力组件或电路。

同时由标准GB/T18384的标题,吾们也能够看出为什么要进走主被动放电?最主要的方针高压坦然,详细的说就是在危险情况,如碰撞,短路等情况,以及每次操作时,都会有高压下电,而电机控制器中由于有薄膜电容等可储能装配,BMS控制下电以后,内部仍存在高压,为防止人员迫害,电机控制器需将电机控制器中的电压降矮到A级电压以下(即60Vdc以下)。

III 拓展

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如下图,典型的纯电动车上会有众个X,Y电容,这些电容在操纵过程中,倘若断电必要已足两个条件其一:

——交流电路电压答降矮到30Va.c.(rms),直流电路电压答降矮到60Vd.c.,或以下;

——电路存储的总能量幼于0.2J。

电机控制器由于薄膜电容远超过0.2J,现在乘用车电机控制器,清淡对主动放电和被动放电均有请求。

清淡被动放电就是在电容上串联一个或一组电阻,在平常做事中这个电阻也会消耗电能,现在国标请求5min以内,实际现在整车清淡请求再3min,甚至2min之内,被动放电实际上不宜过快,放电时间请求过快,就意味着电容在放电的过程中回路电流会更大,串联电阻相对更幼,在平常做事过程中也会消耗更众功率,对控制器的效果是不幸的。

IV 主动放电实现手段

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现在常用的主动放电法有以下几栽:

1. 议决电机绕组放电,手段是控制Q轴电流为零,加D轴电流,该手段放电时间快,但是会展现扭矩抖动,影响驾乘体验;

2. 议决外加放电回路,行使电阻放电,风险幼,但是必要另外添加电路,添加成本,电阻在众次放电,也能够会损坏;现在该方案行使较众;

3. 桥壁纵贯放电,该手段成本矮,放电速度快,但转瞬电流很大,由于高压回路上存在杂散电感,导致IGBT(绝缘栅双极型晶体管)关断时的电压答力较大,控制的难度比较高,现在该方案行使较少。

V 展看

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1. B级电压的分类。

关于B级电压定义,GB/T 18384-2015是引用的ISO 6469-2011,而实际上ISO 6469的最新版本已经更新到了2018版,如图,最新版ISO 6469添加了B1,B2级电压定义,B1与B2的定义如下图,遵命新的电压分级,B1级电压是能够直接与整车底盘相连,这个在行使上就与12V矮压相反,在安放上更变通方便,成本也会更矮。

2. 碰撞后主动放电时间的定义。

《GB/T 31498-2015 电动车碰撞后坦然请求》中对于电动车碰撞后坦然请求有高压母线上总能量幼于0.2J,但是并异国规定众长时间达到这个值,而ISO 6469.4-2015 中清晰规定了10s内,高压母线中电压必要降矮到A级电压,随着国标的新国标修订,碰撞后控制器主动放电时间也会在新标准中有所表现。

3.坦然法规的完善。

坦然题目,历来是车辆的重点题目,电动汽车坦然全球技术法规(EVS-GTR)现在在中、欧、美、日等国家共同竭力下,整齐洁整的推进电动汽车坦然全球技术法规的钻研和制定做事。同时国标强制请求电动汽车坦然请求也正在制定,异日关于控制器的主被动放电,坚信标准中也会有更详细更新的请求。

5

超速试验

"超速试验原形考核什么?失效式样?"

"超速试验=静扭试验?"

"超速试验的评判标准?"

"超速失效对整车性能的影响?"

"试验温度对超速失效的影响?"

I 标准内容

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《GB/T 18488.1》关于“超速”有如下定义:

《GB/T 18488.2》关于“超速试验”测试手段有如下定义:

划重点,能够总结为以下新闻:

实现手段:“自转“或”拖动“,磨相符“达到额定转速,运转无变态” 安详运转“1.2倍最高做事转速,空载运走不矮于2min”;

考核标准:”无杂物或零件飞出“,”震动、转速平常“,”轴承润滑、温升平常“,”转动片面无损坏“,”无有害变形“,”无紧固件松脱“。

"关于实现手段和考核标准定义的内心是什么呢?"下面来解读。

II 解读

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要理解这个题目,最先要引入一个标准《GBT22669 三相永磁同步电机》,其中关于超速的定义如下:

其中有”批准对转子单独进走超速“的描述,能够更直不都雅的让吾们理解超速考核的是什么?"超速"最主要是对于电机转子和轴承及紧固件的考核。

针对上述考核对象,"超速试验有哪些失效式样?",理解这个题目,要引入一个浅易强横的公式:

看出来了吗?这不就是对受力的考核吗?从这个角度来看,是否有一栽“拨开云雾见青天”的感觉。所以,超速试验失效的内心答至稀奇如下三点:

转子轴与硅钢片协调的考核

离心力作用下,硅钢片减重孔桥臂和磁桥组织强度的考核

考核轴承(温度、最高转速)

转子轴与硅钢片协调的考核

离心力作用下,硅钢片减重孔桥臂和磁桥组织强度的考核

针对上述分析,能够对评判标准拓展如下:

1. 试验过程中无杂物或零件飞出(无损坏);

2. 震动、转速无变态

3. 转子外径变形量幼于许用值

4. 轴承漏脂量幼于供答商选举值

5. 初首角无偏移

6. 保证最大的输出能力

7. 无紧固件松脱

III 拓展

———

结相符以上结论,吾们来分析超速失效对整车性能的影响:

1. 若硅钢片与转轴协调失效,会直接影响扭矩输出功能。所以,设计之初对过盈量的定义至关主要(关于这一点,要考虑温度的影响,在IV展看中介绍)。

2. 若旋变的初首角偏移,会影响峰值功率的输出,从而影响中高速段的加速性能和最高车速,且这一影响随着弱磁深度添加而强化。所以,对于超速试验前后的初首角位置的检查很有必要。

3. 若转子外径变形,一方面对整车高速性能有影响(因为见2);另一方面对NVH(因为见3)有影响。

1)主要情况,发生有害变形,能够会引首扫膛,或绝缘失效、或零件飞出;

2)倘若电机定转子气隙已足空间请求,转子外径形变导致气隙的变幼,在已足坦然间隙的条件下,固然会挑高扭矩输出能力,但是由于感答电势的添加,反而能够会导致输出功率的减幼,回归整车就是高速性能受损。

3)气隙减幼导致磁密齿谐波添加,定转子外貌附加消耗添加,转矩脉动添加,从而震动和噪声题目会特出。

思考题:从体系角度起程,如何定义气隙更为相符理?可批准的无害变形量是众少?留给吾们思考。

IV 展看

———

关于试验温度对超速失效的影响,标准中不决义。

从整车行使角度而言,超速清淡发生在一段长时间的运走之后,这边就要引入温度因素对原料的影响。对于超速试验,结相符上述失效式样,要从两个维度考虑:

一、原料的死板性能,如信服强度和抗拉强度,会随着温度的上升而隐微消极(高达20%~30%),更容易导致损坏和失效,所以对于高温下转子的极限转速的验证相等主要。

二、原料的物理性能,详细指炎膨大性。当电机轴与转子硅钢片之间存在温差,同时在极限转速作用下会有径向位移发生;同样也会引首初首角的转折。在过盈量设计之初,对转子凶略工况的考虑尤为必要。

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