中国新技术新产品

2009

NO.23

China New Technologies and Products

中国新技术新产品

工业技术

电动汽车驱动电机及控制系统试验台方案设计

樊继东

（湖北汽车工业学院，湖北十堰 442002）

前言

汽车已经成为日常生活中离不开的代步和

运输工具。但是，随着机动车数量的逐渐增多，
环境污染和石油资源匾乏日益显著，电动汽车
因其具有绿色环保和能源利用效率高等优点，
使得世界各国都在积极努力地研究能够代替传
统汽车的电动汽车。电动汽车由于能够实现超
低排放甚至零排放的要求，因此得到了许多国
家政府和企业的高度重视，并被视为调整交通
能源使用结构和改善城市大气环境质量的有效
途径之一。

电动汽车的结构

电动汽车的组成包括：电力驱动及控制系

统、驱动力传动系统等。电力驱动及控制系统是
电动汽车的核心，电动汽车，相对燃油汽车而
言，主要差别（异）在于四大部件，驱动电机，调
速控制器、动力电池、车载充电器。电动汽车的
其他装置基本与内燃机汽车相同。

由于电动汽车的核心是驱动电机及其控制

系统，驱动电机及控制器性能对整个电动汽车
的性能起到至关重要的作用，建立相关的专用
测试试验台非常迫切和必要的。

电动汽车驱动电机及控制器试验台

该试验台主要有以下及部分构成测功机系

统（模拟负载）、动力电池模拟系统、机械及电功
率测量系统等构成。

3.1

负载模拟系统

在进行电机的热试验、效率测试试验、测绘

电机的转矩-转速特性曲线试验和进行电动汽
车的各种性能试验时，都需要给电机施加机械
负载。加载设备是测功机，它能满足试验范围内
平稳、精确地调节负载和转速的大小，同时可以
实现集中的远距离操纵（上位机软件操作）。电
动汽车试验台的负载模拟模块就是选用测功机
作为加载装置，根据电动汽车的实际运行工况，
通过控制系统调节测功机的吸收功率，从而来
实现行驶阻力的实时模拟。测功加载装置按工
作原理可以分为水力测功机、机械摩擦制动器、
磁粉制动器、电涡流测功机、电力测功机等。由
于电力测功机具有控制精度高、控制容易、能拖
动、可以将加载过程中产生的电能回馈到电网
重复利用等优点，得到广泛应用。

1、

底座 2、

交流电机轴承座 3、

转矩、

转速传感器

4、

连轴器 5、

轴承座 6、

防护罩

图 1 电力测功电机结构简图

在进行测功机的选择时，应该根据测功机

的特性曲线来选用测功机，以此来检查被选用

的测功机是否可以测出原动机全部运行工况下
的功率、转矩与转速。根据资料，国外高挡大客
车的发动机最大功率大多在 160-400kW 之间，
最大扭矩大多不会超过 2200N.m。国产大客车
发动机的动力性不如国外，国产发动机的最大
功率一般不会超过 300kW，最大扭矩一般不会
超过 2200N.m。国内外已开发出来的电动汽车
汽电机的功率多在 9-115 kW 之间，因此，根据
目前电动汽车所用电机的功率状况，试验台选
择 90kW、220kW、250kW 三台测功电机。

90kW

测试高速小扭矩电机；220kW 测试

高速大扭矩电机；250kW 测试低速大扭矩电机。

3.2

动力电源系统

针对不同的试验内容和试验对象，电动汽

车用电机应选择不同的供电方式。在做电机性
能及其控制系统的试验、制动能量回收的试验、
电动汽车的动力性试验时，可以选择供电网络
中的动力电源；在做蓄电池性能试验、蓄电池智
能监控系统试验、电动汽车的能耗和续驶里程
试验时，应当选用动力蓄电池作为电源。配备两
套供电方式主要是从蓄电池方面考虑：

一是蓄

电池使用寿命有限，经常使用蓄电池试验会造
成不必要的浪费；二是蓄电池属于二次电源，放
电完毕后需要充电，充放电的过程中必然存在
能量的损耗：三是蓄电池储存的电量有限，有时
试验需要持续时间较长，反复试验的次数较多，
蓄电池内部储存的电量可能不能保证试验的正
常进行，这样会使试验中断，而直接使用电网中
的动力电源不存在这方面的问题，比较方便。因
此综合考虑，选用了上述两种供电方式，同时尽
量避免使用蓄电池做试验台的动力电源。目前
有 ABin、Digatron 等电池模拟系统、可以模拟电
池的各种状态给电机供电，价格较昂贵。

3.3

测量系统

电机试验台应能够测取电机所有的电参数

及机械参数，测量电机的输出扭矩和转速的扭
矩转速传感器，从传感器稳定性和精度要求方

面，选用德国进口的 HBM 转速扭矩传感器。

电机所有电参数由功率分析仪测取，包括

动力电源的电流、电压、功率；电机三相电压、电
流、功率、频率等参数。目前市场上满足要求的
有日本横河和瑞士 LEM 的功率分析仪，从经济
性方面考虑日本横河更为经济。

图 4 日本横河功率分析仪测试图

3.4

试验台整体结构

上面对试验台的主要构成部分进行了分析

介绍，试验台的总体进行了规划和设计，从经济
性方面考虑，我们采用一台变频器来控制三台
测功机（非同时控制），通过变频器控制切换柜
来切换，功率计及动力电源系统均可以共用。

图 5 驱动电机试验台总体结构图

结束语

本文人对电动汽车用电机及控制系统试验

台进行了详细的论述，从测功机系统、动力电源
系统、参数采集系统进行了全面的分析，试验台
从经济性、稳定性和可靠性等方面进行设计。

参考文献

[1] 张强．电动汽车常用牵引电动机．城市车辆，

摘要：

由于电动汽车具有绿色环保和能源利用效率高等优点，已经成为未来汽车的发展趋势。本文对驱动电机及其控制系统试验

台进行了方案设计，详细分析试验台的测功系统、动力电源系统、测量系统。

关键词：

电动汽车；驱动电机；控制系统；试验台

图 3 HBM 非接触式转速扭矩传感器

图 2 电力测功电机特性曲线

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