基于电动摩托车三电匹配测试技术的研究陈贵生 石万宜(重庆宗申创新技术研究院有限公司)
摘 要:测试技术对于三电匹配过程中的数据处理、性能优化十分重要,能够有助于直观的发现和帮助解决匹配过程中存在的问题,三电匹配测试技术的发展对于三电系统基础理论的研究、三电系统性能提升、三电系统设计方法创新等都有着极其重要的作用。本文对三电测试技术的测评体系进行了阐述、对三电匹配的技术优化方向做出了总结和展望。
关键词:电动摩托车 三电匹配测试技术 技术优化方向
[size=1em]新能源电摩上的锂电池、电机和控制器存在个体多样性,由于受到环境温度、操作习惯和路面工况等因素的影响,三电系统始终处于动态的随机变化中,在实际的匹配过程中,专业设计人员无法计算出完整的数学模型,只能通过直觉优化、试验优化、价值优化、数值优化等边界条件来选择完成。因此,研究新型电摩、大功率电摩的测试试验仍是获取三电匹配的基本手段,其对电摩整车性能的改进、三电系统设计方法的创新等都有着极其重要的作用。本文将基于三电系统的测试评价体系和技术优化方向来讲述三电匹配技术的研究。
1 三电系统的测评体系[size=1em]三电系统的高效运作主要体现在电机和控制器的匹配、电池与电机—控制器的匹配、三电系统在整车上的驾乘体验。针对三电系统的测评体系也主要从这三方面来搭建。

[size=1em]a)电机—控制器系统的测评
[size=1em]电机和控制器除了在完成基本的运行功能外,如何有效提升系统工作效率,降低能耗则是一个复杂的系统工程,这涉及到电机的结构模型优化和电机原材料、控制器的电路板、芯片、MOS 管以及控制逻辑的优化等。
[size=1em]实验室可通过搭建一个系统的测试评价平台(见表1),根据测试项目中的性能表现,就电机—控制器系统对应的部分进行优化,并结合使用工况及应用场景,建立项目试验数据统计库来系统的评估电机—控制性能匹配性能及改进方向。通过横向对比分析,此测试评价体系还可适用于多结构模型的电动摩托车开发应用。
[size=1em]b)动力系统与锂电池的测评
[size=1em]电机—控制器的动力性能取决于锂电池的功率输出性能,电池输出功率过高会影响电池的寿命及容量,输出功率不够则会影响整车的动力输出。通过模拟整车的应用场景,对不同工况下的电能流转情况进行测试,分析电流的变化情况,据此来优化BMS和控制器的程序逻辑(见表 2)。控制器与BMS 在各应用场景下的的相互协同和功能互补是测试和评价的关键。
[size=1em]c)整车级评价
[size=1em]受到整车的结构、重量、传动机构、装配工艺等因素的影响,整车级测评将是检验三电匹配效果的最重要的一环。主要包括:1)整车底盘性能测试(包括车速、扭矩、功率、能耗、续航等);2)驾驶操控性评价(包括起步、加速、高速、巡航、减速、滑行、紧急制动、压弯等操作,还包括各种温度环境和道路工况下的骑行表现等)。3)故障模拟:通过在三电系统各环节中模拟制造故障(例如电机相线短路、转把信号失效、制动信号失效、电池外壳漏电、耐高温环境、电池过放电、电机超速等),观察电池或控制器的保护功能和故障诊断情况。
[size=0.8em]表1 测试评价平台

[size=0.8em]图1

[size=0.8em]图2

[size=0.8em]表2 程序逻辑

[size=1em]通过整车级的测试评价来反向优化控制系统的逻辑数据。
2 技术优化方向[size=1em]随着电子技术、新材料的应用、装配工艺、新型电池、信息技术等的飞跃发展,在追寻电摩性能极致的的道路上,除了对三电系统匹配调试优化外,也正朝着如下几个方向发展:
[size=1em]a)系统集成。通过将集成电机、控制器、DC-DC转换器等可集成的零部件集成在一起,来有效减少总体悬挂的布置点,降低整车重量,通过集成也可缩短三电系统之间零部件的连接线束,降低其能量消耗,优化布置空间、进而提高总体的工作效率。
[size=1em]b)轻量化研究。运用具有强度高、重量轻、工艺性好的材料(例如碳纤维、铝合金等)来替代普通碳钢材料;优化整车结构,减少不必要的过余材料设计,通过降低整车的重量来减少对动力系统的能源消耗,进而提高总体的工作效率。
[size=1em]c)高能量密度。高能量密度电池在相同体积下可为整车带来更长的续驶里程。根据 2017 年最新版本的补贴政策,对于纯电动乘用车电池系统质量能量密度高于 120 Wh/kg 的,给予 1.1 倍补贴根据规划,2020年我国动力电池能量密度要达到 260 Wh/kg,比现在120 Wh/kg 的水平超过 1 倍。纵观新能源市场锂电池的发展,动力电池逐渐进入“NCM811 时代”,无论是否担心安全,都阻止不了能量密度往前走,这是行业的趋势,也是市场需求。
3 总结[size=1em]文章从测试体系建设的角度出发,给出了三电系统零部件(电机、电池、控制器)之间的匹配原则及相互的对应影响关系,并结合电动摩托车在实际使用过程中的测评情况,提出了三电系统匹配状态的最终确认方案,对电动摩托车在三电系统的研发提供了有价值的参考。

[size=1.8em]Research on the Test Technology for the Matching of Three Electric Components on Electric Motorcycles
[size=1em]Chen Guisheng Shi Wanyi (Chongqing Zongshen Innovation Technology Research Co.,Ltd.)

[size=1em]Abstract:Testing technology is very important to the data process and performance optimization.It can help the intuitive discovery and solve the problems during the matching process.The development of the test technology for the matching of three electric components plays an important role to the research on basic theory of three electric components system the improvement of the performance of the three eletric components system,and the innovation of design methods for three electric components etc..The paper describes the testing and evalution systems for the testing technology for three electric components and makes the summary and outlook for the optimization direction of the matching technology for three electric components.
[size=1em]Key words: Electric motorcycle Testing technology for matching of three electric componenents Technology optimization direction

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