《新能源汽车技术》教案第7课驱动电机系统性能试验（二）.docx

课题驱动电机系统性能试睑(二)课时2课时(90min)教学目标知识技能目标：(1)掌握驱动电机系统入输出特性试验的内容及方法(2)气密性试验机、微欧计、兆欧表、驱动电机系统试验台架等试验设备的使用方法素质目标：(1)培养勇于探索、刻苦钻研的创新精神(2)弘扬爱岗敬业、忠于职守的职业精神(3)树立追求卓越、勇于拼搏的奋斗精神教学重睚点教学重点：驱动电机系统输入输出特性试验的内容及方法，气密性试验机、微欧计、兆欧表、驱动电机系统试验台架等试验设备的使用方法教学难点：理解并使用驱动电机系统相关的国家标准及行业规范，按照试验流程完威区动电机系统性能试验教学方法情景模拟法、问答法、讨论法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载项目3任务3.2的“任务工单”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过APP或其他学习软件，收集气密性试验机、微欧计、兆欧表、驱动电机系统试验台架的相关斐料，并进行了解【学生】提前上网观看相关资料，熟悉教材考勤【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到互动导入【教师】讲述相关内容，然后提出问题说起越野车，人们首先想到是搭载了燃油发动机的越野车，燃油发动机具备较高的输出功率，可提供强劲的动力支持。然而，随着新能源汽车技术的发展，搭载双电机全时四驱技术的新能源;气车逐渐成为新晋的"越野利器"。搭载前、后两台驱动电机的新能源汽车，在全时四驱状态下，驱动电机可瞬间输出强大的动力，可轻松征服洼地、陡坡、沙漠等复杂路况。同时，与传统的燃油发动机相比，驱动电机的响应速度有了明显提升，用先进计算机控制系统的电机控制器代替了部分响应缓慢的机械装置对驱动电机进行控制，大大提升了新能源汽车的动力性能。早期由于驱动电机技术不成熟，新能源汽车主要用于城市道路的短途通勤。随着驱动电机技术的不断突破，新能源汽车的适用场景也更加广泛。未来，相信驱动电机技术将会进一步发展，为人们带来更好的驾乘体验。如何尽快提升驱动电机技术？【学生】聆听、思考、讨论、回答【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解驱动电机系统输入输出特性试验的内容及方法、气密性试验机、微欧计、兆欧表、驱动电机系统试验台架等试验设备的使用方法等知识3.2.1 驱动电机系统输入输出特性试验概述输入输出特性试验在驱动电机系统的设计、开发和性能评估过程中至关重要。驱动电机系统输入输出特性试验通过模拟不同转速与负载工况，测量不同工况下的转速、转矩、电流、电压、功率等参数，计算驱动电机系统的效率、功率、功率密度等评价指标，从而更加精准地评估驱动电机系统的性能，对提高驱动电机系统的效率和性能，延长其使用寿命具有重要意义。1 .试验对象驱动电机系统输入输出特性试验的试验对象为驱动电机与电机控制器。2 .试验设备【教师】通过多媒体展示“驱动电机系统试验台架的工作原理”图片，井进行讲解驱动电机系统输入输出特性试验设备通常为驱动电机系统试验台架，其工作原理如图所示。试验台架主要由电源系统、测功机、控制系统、监测系统、数据分析系统、安全防护系统等组成。电源系统可根据试验需求改变电压与电流；测功机可完成不同转速、转矩等工况的模拟；控制系统可保证各部件正常运行；数据分析系统及监测系统可完成转速、转矩、电流、电压、功率等参数的监测及记录；安全防护系统包括警示灯、紧急停止按钮、冷却系统等，可保证试验人员及试验设备的安全性。3 .试验内容【教师】通过多媒体展示“驱动电机系统输入输出特性试验内容”表格，并进行讲解驱动电机系统输入输出特性试验可参照国家标准GB"18488.1与GB/T18488.2执行。表3-12驱动电机系统输入输出特性试验内容试验内容试验内容1转矩-转速特性及效率试验3电机控制器工作电流试验2控制精度及响应时间试验4馈电特性试验3.2.2转矩一转速特性及效率试验根据试验目的，镯到转速特性及效率试验可以测量以下全部或部分参数：电机控制器直流母线的电压、电流；驱动电机的电压、电流、功率；驱动电机转矩、转速；驱动电机、电机控制器、驱动电机系统的效率；驱动电机绕组的电阻与温度；冷却介质的流量和温度等。(1)试验要求：转矩-转速特性及效率试验应满足以下要求。电机控制器母线直流电压一般为额定电压，电机控制器功率可以通过其电压和电流计算得到，电压和电流的测试点应靠近电机控制器接线端子。电机控制器和驱动电机间电缆的长度不应过长、阻抗不应过大，应避免影响试验结果。驱动电机的转矩和转速宜直接在轴端测量(测量设备与驱动电机轴端应刚性连接)在驱动电机系统转速、转矩范围内，一般取不少于10个转速测试点和10个转矩测试点，最低转速、转矩宜不大于最高转速、转矩的10%,相邻转速、转矩测试点的间隔不大于最高工作转速、转矩的10%。(2)效率试验数据处理：效率试验一般需要计算驱动电机、电机控制器、驱动电机系统的效率。驱动电机的效率为%=畀100%rni式中：m驱动电机的效率（）:Pmo驱动电机的输出功率（kW）；Pmi驱动电机的输入功率（kW）电机控制器的效率为77=-×100%匕式中：/电机控制器的效率（）:Pco电机控制器的输出功率（kW）1Pci电机控制器的输入功率（kW）o驱动电机系统在电动工作状态下的效率和在馈电工作状态的效率分别为T×n.=×100%,9.55U×1%=咨&100%T×n式中：7、2驱动电机系统在电动工作状态、馈电工作状态的效率（）;n驱动电机的转速（/min）；T驱动电机的轴端转矩（N-m）：U电机控制器直流母线的电压平均值（V）：/电机控制器直流母线的电流平均值（八）。（3）关键参数：转矩-转速特性及效率试验测量的关键参数。【教师】通过多媒体展示“转矩一转速特性及效率试验测量的关键参数”表格，并进行讲解表3/3转矩-转速特性及效率试验测量的关键参数1持续转矩可持续工作的最高转矩在额定电压下，使驱动电机处于技术条件规定的持续转矩与转速条件下，驱动电机应能长时间正常工作2持续功率持续转矩对应的功率持续功率可根据式(3/2)计算3峰值转矩短时间内可达到的最高转异在额定电压下，使驱动电机处于技术条件规定的峰值转矩与转速条件下，驱动电机应能短暂正常工作4峰值功率峰值转矩对应的功率峰值功率可根据式(3/2)计算，驱动电机在规定的运转时间内应无任何异常现象5最高工作转速短时间内可达到的最高转速在额定电压下，调整驱动电机至最高工作转速，待稳定后驱动电机应持续工作不少于3DliIl6高效工作区效率不低于80%的区域在驱动电机系统转矩-转速的工作范围内合理选择测试点，测试点应分布均匀，数量不宜低于100个记录各测试点驱动电机系统轴端的转速、转矩，以及电机控制器母线电压、电流等参数计算各测试点的效率统计符合条件(效率不低于80%)的测试点数量，其与总测试点数量的比值，即高效工作区占比7最高效率结合高效工作区试验，所有测试点中效率最高值即最高效率序号参数名称参数说明试验方法3.2.3控制精度及响应时间试验1.控制精度试验控制精度试验包括转速控制精度试验与转矩控制精度试验两个项目。下面以转速精度控制试验为例进行介(I)试验方法：试验对象为具有转速控制功能的驱动电机系统，按下列步骤进行转速控制精度试验。在最高工作转速的10%90%区间内，均匀选取10个不同的转速值作为目标转速.在试验台架控制系统(上位机)或电机控制器上设置目标转速，在额定电压下，控制驱动电机由静止加速至稳定状态,记录此时驱动电机的实际转速。实际转速与目标转速的差值占目标转速的百分比，即该目标转速对应的转速控制精度。对各目标转速均进行上述测试，得到的转速控制精度最大值即驱动电机系统的转速控制精度。转矩控制精度试验的目标转矩选取范围为峰值转矩的10%90%,试验方法与转速控制精度试验相同，此处不再赘述。(2)试验要求：转速控制精度与转矩控制精度均应满足驱动电机系统制造企业的规定。2.晌应时间试验响应时间试验包括转速响应时间试验与转矩响应时间试验两个项目。下面以转速响应时间时间为例进行介绍。(1)试验方法：试验对象为驱动电机系统，按下列步骤进行转速响应时间试验.在试验台架控制系统或电机控制器上设置合理的目标转速，在额定电压下，控制驱动电机由静止加速至稳定状态，记录电机控制器从接收指令开始运行至驱动电机第一次达到规定容差范围内的目标转速所需要的时间。为保证试验结果的准确性，试验时应改变驱动电机定子和转子的相对起始位置，沿圆周方向均匀选取5个点作为转子的起始位置，在目标转速一致的条件下进行5次试验，5次响应时间中的最大值即驱动电机系统在该目标转速下的转速响应时间。进行转矩响应时间试验时驱动电机应处于堵转状态，试验方法与转速响应时间试验相同，此处不再赘述。(2)试验要求：转速响应时间与转矩响应时间均应满足驱动电机系统制造企业的规定。【知识链接】【教师】讲述动力蓄电池其他故障(1)控制精度及响应时间试验仅适用于具有转速、转矩控制功能的驱动电机系统，对于无转速、转矩控制功能的驱动电机系统，不进行该试验。(2)堵转状态是指驱动电机在转速为零时仍然输出转矩的一种状态，一般为机械或人为控制.【学生】聆听、思考、理解3.2.4 电机控制器工作电流试验【教师】通过多媒体展示“电机控制器工作电流试验各参数的具体说明”表格，并迸行讲解电机控制器工作电流试验主要用于检测电机控制器的持续工作电流、短时工作电流、最大工作电流，以判断其是否符合电机控制器制造企业的要求。表3-14电机控制器工作电流试验各参数的具体说明序号参数名称具体说明1工作电流定义：电机控制器正常工作时，其与驱动电机各相连接的各动力线上的电流2持续工作电流定义：能够长时间持续工作的电机控制器工作电流最大值试验方法：设置试验台架控制系统，使得驱动电机系统能够长时间持续稳定工作，此时的电流即持续工作电流3短时工作电流定义：能够在规定的短时间内(宜不低于30s)正常工作的电机控制器工作电流最大值试验方法：设置试验台架控制系统，增大电机控制器工作电流，使得驱动电机系统能够在较短的时间内(宜不低于30C正常工作，此时的电流即短时工作电流4最大工作电流定义：能达到并能承受的电机控制器工作电流最大值试验方法：设置试验台架控制系统，进一步增大电机控制器工作电流，使得驱动电机系统能够在很短的时间内(远低于30s)正常工作，此时的电流即最大工作电流3.2.5 馈电触触(I)试验方法：将驱动电机系统设置为馈电工作状态，使其由测功机拖动，然后按下列步骤进行馈电特性臃在试验台架控制系统或电机控制器上设置参数,对驱动电机的馈电特性进行测试。记录电机控制器的母线电压与电流、驱动电机电压与电流、驱动电机转速与转矩等参数，计算功率、馈电效率等参数，并绘制相关曲线。(2)试验要求：驱动电机应能通过电机控制器正常向电源馈电，馈电电压范围、馈电电流大小和馈电效率应符合驱动电机系统制造企业的规定。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】带领学生到实操间进行实践操作以新出厂的一批比亚迪驱动电机系统为例，对其进行驱动电机系统转矩-转速特性及效率试验。实践应用1.准备工作【教师】通过多媒体展示“驱动电机系统基本性能参数”表格，并进行讲解(1)驱动电机系统：查阅本次试验选用驱动电机系统的相关技术资料，了解并整理其基本性能参数。表3-15驱动电机系统基本性能参数序号项目性能参数序号项目1驱动电机类型永磁同步电动机7值转矩(Nin3902额定功率kW658工作电压范圉/V2274203峰值功率kW909额定电压/V3504最高工作转速/(rmil)700010额定电流/A1865驱动电机系统最高效率92%11最大工作电流/A3006高效工作区占比80%12绝缘等级H(2)试验设备：驱动电机系统试验台架，最高可提供15OOOr/min的转速，950N.m的转矩。(3)防护用品：绝缘帽、绝缘手套、护目眼镜、绝缘鞋等。试验开始前，按照要求佩戴好绝缘帽、绝缘手套、护目眼镜等安全防护用品，做好自身安全防护。2 .操作步骤【教师】组织学生根据要求进行操作(I)转速测试点选择：驱动电机的最高工作转速为7000r/min,故选择最低转速测试点为500r/min,相邻转速测试点的间隔为500r/min,共选择转速测试点14个。(2)转矩测试点选择：低转速时，驱动电机的峰值转矩为390N.m,故选择最小转矩测试点为10N.m,相邻转矩测试点的间隔为20N.m,共选择转矩测试点20个。随着驱动电机转速的升高,转矩逐渐减小，对应的转矩测试点数量也相对减少，以7000r/min转速为例，此时对应的最大转矩为120N.m,故选择最小转矩测试点为10N.m,相邻转矩测试点的间隔为11N.m,共选择转矩测试点1()个。(3)在试验台架上安装驱动电机系统，连接电源，调试测功机、控制系统、监测系统、数据分析系统、安全防护系统等，确保试验台架正常运行。(4)控制试验台架，将电机控制器直流母线电压设置为额定电压350V,按照表中所示的转矩、转速测试点分别进行试验。(5)设置监测系统，记录每个测试点的直流母线电流、直流母线电压、输入输出功率等。3 .试验数据处理试验结束后，对试验结果进行处理，驱动电机、电机控制器、驱动电机系统的效率分别按公式计算。【学生】进行准备工作，根据要求进行试验，并处理数据,根据分工填写“任务工单”【教师】巡堂指导，根据学生表现，填写学习成果评价表课堂小结【教师】简要总结本节课的要点驱动电机系统输入输出特性试验概述转矩-转速特性及效率试验控制精度及响应时间试验电机控制器工作电流试验馈电特性试验【学生】总结回顾知识点作业布置【教师】布置课后作业(1)复习所学知识，完成课后相关习题，形成实践应用总结报告(2)登录APP他学习平台查看相关知t三龈【学生】完成课后任务教学反思