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新能源汽车驱动电机功率和转矩的峰值持续特性技术解析2023-06-09 08:05·电动新视界电动汽车用电机，如果长时间给电机控制器输入最大扭矩/功率请求，电机运行工况是否会由峰值扭矩/功率曲线向额定扭矩/功率曲线迁移？首先上个图，我们谈额定功率（其实应该叫做持续功率）和峰值功率都是基于在不同的转速下的一个线来说的，而不是一个简单的点。只是在标准定义的时候考虑的东西较多，可能会有所简化。画这个图出来，也是为了让大家理解这些参数在电机里面到底是怎么展现的。某电机的峰值输出特性和连续输出特性，已脱密。针对上述几个问题，分别做三部分回答。电机额定功率与峰值功率的区别是什么，额定转矩与峰值转矩的区别是什么？峰值转矩是短时间（30s或1min）运行的功率，要求能够正常工作，并且不超过驱动电机的绝缘等级和规定的温升限值。连续转矩是能够长时间正常工作，并且不超过驱动电机的绝缘等级和规定的温升限值。峰值功率与连续功率同理。如何利用峰值功率和峰值转矩？峰值转矩影响前半段加速，峰值功率影响后半段加速。峰值转矩影响整车0-50km/h加速时间。峰值功率影响整车50-100km/h加速时间，80-120km/h加速时间。这俩一起影响0-100km/h时间。持续转矩和持续功率影响连续爬坡能力，影响连续加减速能力，即整车的"后备功率"劲儿还很足的感觉，持续功率影响30min最高车速指标。电动汽车用电机，如果长时间给电机控制器输入最大扭矩/功率请求，电机运行工况是否会由峰值扭矩/功率曲线向额定扭矩/功率曲线迁移？如果继续给，会根据电机控制器的相关保护策略，要么不保护就冒烟，保护就降性能最终稳定在持续功率。名词定义及历史变迁在电动汽车里，这些关键的名词定义，我们看需要看一个标准就够了，GB/T18488，本人曾参与过18488的一些修订工作，包括这几年正在做的修订，下周的过审会我也会作为核心编写人员过去参与答辩，应该算是比较熟悉这个标准的人了。2006年版本：GB/T 18488.1-2006《电动汽车用电机及其控制器》在2006版本里，没有直接名词定义，是参照了《GB 755-2000 旋转电机 定额和性能》里，按照额定功率、额定转矩来定义的。这时候电动汽车才刚刚开始，标准主要还是参照工业电机的思路，工业里面有额定的概念，电动汽车也用了。但实际上，电动汽车不会在一个固定的工作点一直运行，所以也就没有额定的概念。然后就有了2015版。GB/T 18488.1-2006《电动汽车用电机及其控制器》2015年版本：GB/T 18488.1-2015《电动汽车用驱动电机系统》既然意识到了额定功率/额定转矩里面额定俩字不妥，在2015版本就取消了额定的概念，改成了持续的概念。GB/T 18488.1-2015《电动汽车用驱动电机系统》技术条件GB/T 18488.1-2015《电动汽车用驱动电机系统》技术条件这里持续的意思，就是可以一直一直一直运行下去，没有时间限制。这里峰值的意思，就是短时间运行，根据标准里的建议，30s或者1分钟。一般商用车用1分钟，乘用车用30s，但因为这个要求没有强制，所以在实际宣传中，有一些厂家经常宣传一个10s或者更短时间的峰值功率， 然后显得峰值功率很高，针对这个问题，当时我在国标讨论会上非常明确的提出一点：说峰值功率不说具体条件的都是耍流氓。要么之后峰值功率必须默认缺省持续时间，要么之后峰值功率后面必须写一个具体持续时间。当然，还存在一些厂家因为整车工况里面确实不需要使用30s/1min那么长时间的问题。GB/T 18488.2-2015《电动汽车用驱动电机系统》试验方法虽然还没讲完18488的标准变迁，但这些信息应该已经足够回答第一个问题了：峰值转矩是短时间（30s或1min）运行的功率，要求能够正常工作，并且不超过驱动电机的绝缘等级和规定的温升限值。具体水温流量等设置，标准里面也有明确提及，不展开了。连续转矩是能够长时间正常工作，并且不超过驱动电机的绝缘等级和规定的温升限值。峰值功率与连续功率同理。所以这俩的区别就是在不同的运行时间条件下测试出来的电机的性能，回到文章开始第一个图，因为这俩的运行时间不一样，所以才会出现峰值转矩比连续转矩高的情况。而且开头也提到了，这几个名词都理应是一条线，但因为测试工作量，以及名词定义等问题，还有铭牌整车公告等问题，还是在标准制定的时候简化成了一个点。2023年版本：GB/T 18488-20XX《电动汽车用驱动电机系统》送审意见稿前面提到了峰值功率/峰值转矩持续时间定义不一的问题，还有包括三合一动力总成的大规模批量应用等一系列与时俱进的原因，在2020年又启动了《电动汽车用驱动电机系统》标准修订工作，这次本人有幸全程参与了，之前2015版属于是协助当时的老领导（当前国内电驱动行业绝对学术产业双栖大咖）提供一些意见，最后没资格署名那种。PS：20XX版，可能是2023版，也可能会叫2024版，因为有过征求意见稿和送审意见稿，所以在业内也等于是公开的状态了，不存在涉密问题。预计是2024年的时候正式发布。在这次的修订里面，针对峰值和连续又做了一些修改：GB/T 18488-20XX《电动汽车用驱动电机系统》这次主要是明确了峰值功率/转矩的持续时间，乘用车就是10s，商用车就是30s，不可以乱用其他时间了。针对连续功率/转矩方面改动比较大，引入了一个30分钟连续的概念。为什么呢？因为之前说的连续长时间运行，没有说具体时间，无法测试，为啥无法测试呢，定义“传感器温度在10min之内偏差不超过1℃”不就可以了吗？是的，我在我司也是这样定义的，但是在强制检验的时候，是没法采用电机内部的传感器的数据的，因为这个传感器没有计量，存在作假的可能性，所以就让这个连续功率变得不那么好测试了。如果长时间不好测试，能不能改成2h呢，或者1.5h呢？主要是没有出处，不能拍脑袋啊。考虑到整车里面有一个关键的VTS整车技术指标，30min最高车速，所以就考虑引入30min持续的概念。这是最主要的两个原因，所以就引入了30分钟持续的概念，当然，引入30分钟持续，并不是说之前的持续功率/持续转矩的概念就没有了，只是在18488里面不再使用了，大家行业约定俗成的持续功率/转矩的意思还是指一直一直持续下去。下面是具体的测试方法，即使按照峰值10s/30s，30分钟持续30min的定义来测试的。GB/T 18488-20XX《电动汽车用驱动电机系统》输入输出特性的使用这个定义那么关键，经历了一代一代的变革，那到底这几个指标在整车里面是怎么用的，又会影响什么呢？（因为题主直接指出了电动汽车，所以默认是了解电动汽车、电机、电机控制的基本概念的，就不再赘述了）先说峰值，峰值转矩主要是用在整车的百公里加速的前半段，这时候车速/转速没起来，电机的功率不会太高，主要靠峰值转矩输出最大的加速力来进行加速，当转速到一定程度之后，进入了弱磁环节，峰值转矩开始随着转速下降，这时候进入了峰值功率区间，主要是在车到了一定转速之后的加速力。电机峰值外特性峰值转矩影响前半段加速，峰值功率影响后半段加速。峰值转矩影响整车0-50km/h加速时间。峰值功率影响整车50-100km/h加速时间，80-120km/h加速时间。这俩一起影响0-100km/h时间。再说持续，持续转矩主要是影响长时间爬大坡的能力，但其实，这种需要爬半小时的大坡，基本没有，小坡也用不到持续转矩那么高；持续功率也影响爬大坡的能力，以及多次频繁加速减速的能力，另外持续功率有一个特殊工况，就是为了满足整车30min最高车速，一般会在电机的最高转速或者接近最高转速的时候，跑30分钟，因为这时候风阻比较大，所以确实需要的功率还是挺大的，当然也很耗电，毕竟没几个电车会在180km/h以上的车速连续跑半小时。说到了频繁加速减速的能力，我在2020年策划了一个极狐αT车型的百公里加速减速试验，就是一脚油门到100km/h，然后一脚刹车到0km/h，再一脚油门，再一脚刹车，到通州试验厂道路尽头转后转弯继续加速减速，最后测了54个循环，电机依然没有过温，而且后面温度还保持恒定了，这里主要就是持续功率足够大的原因。极狐αT连续百公里加速减速测试持续转矩和持续功率影响连续爬坡能力，影响连续加减速能力，即整车的"后备功率"劲儿还很足的感觉，持续功率影响30min最高车速指标。峰值特性与持续特性的协同回到题主问的问题，电动汽车用电机，如果长时间给电机控制器输入最大扭矩/功率请求，电机运行工况是否会由峰值扭矩/功率曲线向额定扭矩/功率曲线迁移？按照峰值功率/峰值转矩持续30s考虑，如果我们一直给峰值功率，如果给到30s的时候，这时候电机的温度一般也离最高允许工作温度差不太远了，就像下图160℃是最高工作温度时一样。某电机持续温升数据，横坐标是时间如果继续给呢？假设电机控制器没有做任何措施，依然给峰值功率，那么会发生什么，会冒烟，电机烧毁。这个我2009年在北交大电气综合实验室和2010年清华汽车系602（好像是这个）试验室都发生过，但不是故意不做措施，在北交大是因为电机的热特性不合格，跑了几分钟就冒烟了，在清华是因为一个机械卡簧的问题，轴承发热，也冒烟了。怀念那些苦逼又奋斗的日子，一个人从望京跑到北交大做试验。电机控制器会做一些过温保护，那么就以最简单的线性实时降额策略为例，假设150℃开始降额，160℃保护，那么电机如果跑了30s之后，温度到了150℃了，那么开始执行降额策略，到152℃时输出指令转矩的80%，然而温度还是升高，到了155℃输出指令转矩的50%，还是拉不住，到了158℃输出指令转矩的20%，这回降额的够狠了，发热也小了很多，温度不再上升了，那么就会维持在158℃，又过了一段时间，因为20%的发热确实不大，之前累积的热也在逐渐散掉，温度开始有所下降，转矩输出也在增高，最终稳定在了一个值，这个值一般就是持续功率所在的点。（未必完全就是这个值，与当时的试验条件，外界温度，之前过往温升累积等有关，但考虑理想状态下，最终的状态，就应该是持续功率。）这样功率一会儿小一会儿大也对司机有不好的感觉啊，有没有别的策略，提前预测一下温度，别等到了要降额的时候再启动。（而且还为了保护一些没有传感器检测的部件）这时候就有了另外一种高阶温度保护算法，I2T，简单来说，电流的平方乘以时间做积分等效于总发热量。详细不展开了，因为这个策略并不是大部分供应商都能做好的，再多说就属于knowhow了。如果继续给，会根据电机控制器的相关保护策略，要么不保护就冒烟，保护就降性能最终稳定在持续功率。总结峰值功率/转矩、持续功率/转矩是电动汽车用驱动电机系统的重要输入输出特性，本文主要从电机的角度做了描述，控制器基本同理，也存在峰值、持续的概念，电机与电机控制器中间低的就是电机系统的峰值、持续指标。多看GB/T18488，多了解基本概念，有助于更好的理解电机驱动系统在整车里面是怎么工作的。以上文章来源于西莫电驱动行业发展 ，作者西莫lyftcl
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责任编辑：何可信?刘亚数字经济时代，数据感知、数据交互、数据串联已成为全球产业链供应链整体提升的核心动能。二维码作为万物互联的重要载体，是商品唯一的“身份证”和国际“通行证”，是连接数字世界和物理世界的重要纽带，已广泛渗透到经济社会各领域，对促进数字规则重塑、产业链供应链升级、国际贸易便利化等均具有重要作用。