电动汽车充放电式电机控制器检测规范的研究

文/洪先建

电动汽车充放电式电机控制器检测规范的研究

文/洪先建

随着新能源汽车产业的快速发展，电动汽车上的高压部件逐渐向高度集成化方向发展。其中，充放电机集成电机控制器通过在传统控制器基础上增加控制单元，使其具备了驱动电机、车载充电、DC/DC变换及向外供电的功能，但目前国内没有直接针对该类集成控制器的试验标准，本文对现行的相关国内标准进行整合，结合该类产品的工作特点研究了一套适用于该类集成控制器的试验规范。

电动汽车 电机控制器 充放电 集成

电机控制器、充电机、直流/直流（DC/DC）变换器是电动汽车必需的关键零部件，目前大部分新能源车辆中，这三者都是相互独立的。随着新能源汽车技术的飞速发展，零部件集成度越来越高，市场中逐渐出现了一些“多合一”电机控制器，即集成了多功能的电机控制器。其中，一种新型的充放电式电机控制器，其利用电机控制器交流/直流AC/DC和DC/AC的工作电路实现了充电机和车辆向外部供电的功能，具有结构精简、功能多样的特点，成为行业发展新的热点和亮点。此外，这种电机控制器还集成了DC/DC功能，将动力电池中的高压变换成12V低压供电机控制器工作和车辆辅助电池充电。目前，电机控制器、车载充电机及DC/DC都有相对应的国家标准，但这三者集成在同一个零部件里，分别按照这三个标准进行测试显然是不合理的。因此，本文拟对此类集成电机控制器进行研究，结合现行国家标准，制定合理的试验规范。

一、充放电式电机控制器简介

1. 工作原理

从工作原理角度看，电机控制器的功能涵盖了充电机和车辆向外供电的主要电路。电机系统在电动模式下，是将动力电池输出的直流电变换成交流电来驱动电机，这和车辆向外供电的功能完全一致，即把电池中的直流电转换成交流电传输至外部负载。电机系统在馈电模式下，是将电机发出的交流电转换成直流电给电池充电，这又与车载充电机的工作电路一致，即把电网中的交流电转换成直流电给电池充电。因此，通过在电机控制器上仅增加控制电路和保护电路，即可实现车载充电和车辆向外部供电的功能。这种集成并非简单的结构集成，而是深度电气集成，该产品所有功能的实现都是基于电机控制器的主电路完成的。与传统的电机控制器相比，该类产品仅增加了开关电路和保护元件。通过控制单元使一组电路在不同的指令下实现了驱动电机、车载大功率充电及对外部负载放电等多种功能。

2. 功能特点

充放电式电机控制器的车载充电功能可以实现大功率充电，让电动汽车可以摆脱直流充电桩，实现随处充电，为我国电动汽车发展初期解决“充电难”提供了很好的解决方案。

充放电式电机控制器使电动汽车“变身”移动储能电站，电动汽车可向外输电。充放电式电机控制器通过其AC/DC变换模块，可将动力电池的电能转换为50 Hz的交流电，平稳地向外部输送电能，拓展了电动汽车的功能。

此功能具体表现在：

① 车辆对电网放电：电动汽车在夜间用电低谷时充电，闲置时可在白天用电高峰时馈电至电网，实现电动汽车用户和电网的双赢。

② 车辆对负载供电：车辆向电器供电，在用户外出和旅游时丰富用户的使用体验。

③ 车辆对车辆充放电：车辆化身为移动充电站，可实现道路救援，为道路上因电能耗尽而抛锚的车辆提供充电。

④ 充放电式电机控制器让电动汽车变成智能电网的“参与者”，平衡电网、削峰填谷。未来，装有充放电式电机控制器的电动汽车与电网相连，晚上用电低谷时（电价低）车辆充电，白天用电高峰时（电价高）不运行的车辆向电网放电，电网可远程实时监控和调度电动汽车的电力，不仅可以起到平衡电网，削峰填谷的作用，而且通过“买”电“卖”电方式，利用电价差为用户赢得额外的利益。

综上所述，这种充放电式集成电机控制器具有集成性好，综合成本低，功能丰富的优点，是目前电动汽车电机控制器的重要发展方向。

二、现行检测标准简介

充放电式集成电机控制器包含了驱动电机控制、车载充电、DC/DC变换和向外供电4大功能，而这4个功能对应的产品国内均有现行的标准，分别是：电机控制器涉及GB/T 18488.1-2015《电动汽车用驱动电机系统 第1部分：技术条件》和GB/T 18488.2-2015《电动汽车用驱动电机系统 第2部分：试验方法》，车载充电机涉及QC/T 895-2011《电动汽车用传导式车载充电机》，DC/DC变换器涉及GB/T 24347-2009 《电动汽车DC/DC变换器》。

这4项检测标准的检测项目大致可分为性能测试、环境适应性和电磁兼容性测试。其中，环境测试项目中有诸多重复项，考虑到所有功能模块其实都是集成在同一个电路和壳体中，如果依次按照每个标准进行测试，不仅会增加试验量，也会对测试样品造成过度重复实验，影响试验效果。因此，有必要对这4项标准进行整合，合理合并重复项目，对各工作模式进行明确定义，对性能测试项目进行合理设计，避免降低现行标准的试验要求。

三、试验规范研究

基于上述内容，结合现有的4项标准，根据该种充放电式集成电机控制器的结构和功能特点，研究出合理的试验规范，以用于该类集成电机控制器的测试。

1. 试验规范原则

由于所有功能都集成在一个零件内，所以试验规范应遵循以下原则：

① 湿热、高低温、振动、防护等级等环境试验应按照4个标准中最恶劣的条件进行，不重复进行试验。

② 由于该控制器可能同时在驱动电机模式和DC/DC模式下工作，因此噪声及电磁辐射会出现叠加效应。但考虑到在常规的独立式电机控制器和DC/DC变换器也存在同时工作的情形，因此本规范不针对该类叠加的工作模式提出额外的实验要求，以保持与现行标准的要求一致。

③ 性能测试应在各工作模式下分别进行测试，测试结果应满足对应标准的要求。

④ 向外部供电时，应满足充电桩的相关标准要求。

2. 试验规范

基于以上原则，制定该类充放电式集成电机控制器的试验规范。如，在驱动电机工作模式下，其性能和电磁兼容性应满足GB/T 18488.1-2015要求；在车载充电模式下工作时，其工作噪声、性能及电磁兼容性应满足QC/T 895-2011的要求；DC/DC模块工作时，其工作噪声、性能及电磁兼容性应满足GB/T 24347-2009的要求。

① 绝缘电阻、工频耐压、接地电阻、电气间隙和爬电距离等电安全性能、耐盐雾及耐振动测试应满足试验条件最为恶劣的GB/T 18488.1-2015国家标准要求。

② 产品高低温性能应满足GB/T 24347-2009国家标准要求。

③ 防护等级应满足产品技术说明书要求（至少满足GB 4208-2008《外壳防护等级（IP代码）》规定的IP55要求）。

④ 当控制器同时在驱动电机模式和DC/DC模式下工作时，其温升性能应满足GB/T 18488.1-2015要求。

⑤ 产品铭牌应标明各工作模式下的基本性能参数。

⑥ 电动汽车通过充放电集成控制器向其他车辆供电时，其接口、充电时序和安全保护功能应满足GB/T 18487.1-2015的要求。

四、试验验证

为验证该试验规范的可行性与优越性，本文选取了一款市场上应用较为成熟的该类产品，按照该试验规范进行了测试，选取的试验对象基本参数见表1。

试验样品数为2个，试验内容为该规范中除可靠性外的全部试验项目，总试验周期为4周。

在验证试验中，该样品通过了各项测试，且在测试过程中未出现明显不合理的试验项目，在一定程度上证明了该试验规范的可行性。

表1 各标准检测项目表

按照现行的国家标准和行业标准测试方法，该产品需要分别完成GB/T 18488.1-2015、QC/T 895-2011、GB/T 24347-2009和 GB/T 18487.1-2015四个标准的检验测试，其试验成本如表2所示。对比发现，本文研究的试验规范在未降低产品要求的前提下，测试成本与周期降低超过50%，对该类产品的发展有着积极的促进作用。

表2 试验成本对比表

五、总 结

为满足新能源汽车产业中新型充放电式电机控制器的需求，本文基于其工作原理和性能特点，结合现有的国家标准和行业标准，为该类产品制定了一套试验规范。规范以环境试验合并进行、功能试验分别进行的原则，在保证产品性能能满足各法规要求的前提下，既降低了试验量，又保证了产品的性能要求，为该类产品发展初期的检测与认证提供了有效的解决办法。

With the rapid development of new energy automotive industry, the high voltage parts on the vehicle are gradually becoming highly integrated. With the addition of a control unit on its traditional controller, the charge and discharge integrated motor controller acquired the functions of E-motor driving, on-board charger, DC-DC converters and power supplying.Due to low cost, high integration, and rich features, it becomes widely popular. However, there is no domestic test standard for this type of integrated controller. Therefore, this article studies a set of suitable test specification for the integrated controller based on the current relevant national standard.

Electric vehicle; Motor controller; Charge and discharge; Integration

（作者单位：上海机动车检测认证技术研究中心有限公司）