电动汽车电机驱动系统测试设备的制作方法

本实用新型属于新能源汽车技术领域，尤其涉及电动汽车电机驱动系统测试设备。

背景技术：

在“十三五”规划中，我国提出了实施新能源汽车推广计划，提高电动车产业化水平。今年作为“十三五”的开局之年，中国新能源汽车产业由起步阶段进入加速阶段，电动汽车的发展也迎来了最佳的机遇。

驱动电机及其控制系统是电动汽车的心脏，它所表现出的性能的优劣直接影响着新能源汽车的能效、行驶距离、速度和加速性能及造价等，高性能的汽车电机及其驱动器测试系统是评估电机及其控制器特性参数的有效手段。而目前，国内电动汽车驱动电机及其控制器测试系统处于一个起步的阶段，大多数是通过计算机仿真或是传统电机平台改造来进行测试。然而由于计算机仿真技术的不确定性，以及传统测试方法对于新型电机不适用，所以设计一个专门针对电动汽车的高性能驱动电机及其控制器的测试系统具有十分重要的意义，一方面可以为电动汽车关键技术研究提供一个真实可靠的测试环境，另一方面为产品的市场化提供参考评价的依据。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电动汽车电机驱动系统测试设备，为电动汽车电机驱动系统提供一个真实可靠的测试设备。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

电动汽车电机驱动系统测试设备，包括工控机、测功机系统、第一电压/电流采样电路、转矩/转速采样电路、电源模拟系统和三重三相双向DC-DC变换器；

所述工控机包括用户管理系统、控制系统、数据采集系统和Matlab仿真系统；所述测功机系统包括dSPACE半实物仿真系统、三相调压器、Back-To-Back变换器、负载电机、转矩/转速传感器和第二电压/电流采样电路；

所述用户管理系统实时动态显示被测对象的各种参数值，对整个测试设备进行控制；

所述控制系统分别连接到所述电源模拟系统、所述三重三相双向DC-DC变换器和被测对象的电机驱动器的信号端，通过CAN总线与它们进行双向通讯，用于接收和发送指令；

所述数据采集系统分别连接到所述第一电压/电流采样电路的输出端、所述转矩/转速采样电路的输出端和所述第二电压/电流采样电路的输出端，用以对所述负载电机的电压电流以及转矩/转速进行采集，同时对被测对象的汽车电机进行电压电流采集；

所述Matlab仿真系统连接到所述dSPACE半实物仿真系统的通信端，通过以太网进行双向通信，所述Matlab仿真系统用来设计所述负载电机的控制系统仿真模型，此控制系统仿真模型中包含电压源模型、闭环控制器模型、Back-To-Back变换器模型、负载电机模型以及相应的观测器模型；

所述dSPACE半实物仿真系统分别连接到所述Matlab仿真系统的通信端和所述Back-To-Back变换器的通讯接口，用以把所述负载电机的控制系统仿真模型及其控制算法直接转换成控制代码，并对所述Back-To-Back变换器发出控制信号；

所述三相调压器的输入端连接到三相交流电网、输出端连接到所述Back-To-Back变换器的输入端，用以把三相交流电网提供的三相380V交流电变换成三相0-430V交流电输出给所述Back-To-Back变换器；

所述Back-To-Back变换器分别连接到所述dSPACE半实物仿真系统的输出端、所述三相调压器的输出端、所述负载电机的驱动输入端和所述三重三相双向DC-DC变换器的输入端；

所述负载电机分别连接到所述Back-To-Back变换器的输出端、所述第二电压/电流采样电路的采样输入端和所述转矩/转速传感器；

所述转矩/转速传感器分别连接到所述负载电机、被测对象的汽车电机和所述转矩/转速采样电路，用以采集被测对象的汽车电机和所述负载电机的转矩及转速信号，并发送给所述数据采集系统；

所述第二电压/电流采样电路分别连接到所述负载电机的输入端及所述数据采集系统，用于采集所述负载电机的电压、电流信号，通过所述第二电压/电流采样电路发送给所述数据采集系统；

所述第一电压/电流采样电路分别连接到被测对象的汽车电机的电压输入端及所述数据采集系统，用于采集被测对象的汽车电机的电压、电流信号，并发送给所述数据采集系统；

所述转矩/转速采样电路分别连接到所述转矩/转速传感器和所述数据采集系统，用于对采集的转矩/转速信号进行转化处理，并发送到所述数据采集系统；

所述电源模拟系统分别连接到三相交流电网、所述控制系统、被测对象的电机驱动器的供电接口和所述三重三相双向DC-DC变换器，通过CAN总线与所述控制系统进行通信；

所述三重三相双向DC-DC变换器分别连接到所述电源模拟系统、所述Back To Back变换器的反相输出端、被测对象的电机驱动器的电压输入端及所述控制系统，用于在对被测对象的汽车电机或所述负载电机进行制动时，将能量回馈至所述Back To Back变换器或所述三重三相双向DC-DC变换器的输入端。

本实用新型的电动汽车电机驱动系统测试设备，被测对象的汽车电机和所述负载电机采用同功率等级的电机。

采用上述方案后，本实用新型的电动汽车电机驱动系统测试设备，工作时配合公知的ADVISOR路况模拟系统、负载模拟跟踪控制系统和性能分析系统进行使用，首先通过路况模拟系统再现真实的汽车行驶的加减速各种工况；其次，采用负载模拟跟踪控制系统实现测功机系统对负载模拟的快速响应和精确跟踪控制；最终通过性能分析系统实现电机驱动系统的综合性能测试和分析。并且可以通过工控机的用户管理系统实时动态显示被测对象测量值，同时对测试过程进行控制等。

本实用新型的测试设备和其他新能源汽车电机驱动测试系统相比，具有测试功能全面、测试精度高、测试结果真实可靠性高、高效节能等优点，解决了目前新能源汽车电机驱动系统利用计算机仿真测试设备的真实性差，以及传统测试方法对新型的新能源汽车电机驱动系统不适用等问题。本实用新型的测试设备为电动汽车电机驱动系统提供了一个真实可靠的模拟测试环境，能够实时检测电机性能，及时有效获得研发驱动电机所需数据，缩短对驱动电机的研发时间，对目前中国市场电动汽车电机驱动相关技术的研发和推广具有十分重要的意义。且本实用新型中，通过三重三相双向DC-DC变换器构建能量回馈系统以实现能量的双向流动和重复利用，节约能源。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图。

图2是本实用新型中能量回馈系统的电路原理图。

图3是图2中三重三相双向DC-DC变换器的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的电动汽车电机驱动系统测试设备的具体实施方式作详细描述。

本实用新型的电动汽车电机驱动系统测试设备，如图1所示，包括工控机、测功机系统、第一电压/电流采样电路、转矩/转速采样电路、电源模拟系统和三重三相双向DC-DC变换器。

所述工控机包括用户管理系统、控制系统、数据采集系统和Matlab仿真系统；所述测功机系统包括dSPACE半实物仿真系统、三相调压器、Back-To-Back变换器、负载电机(永磁同步电机)、转矩/转速传感器和第二电压/电流采样电路；

所述用户管理系统实时动态显示被测对象的各种参数值，对整个测试设备进行控制；

所述控制系统分别连接到所述电源模拟系统、所述三重三相双向DC-DC变换器和被测对象的电机驱动器的信号端，通过CAN总线与它们进行双向通讯，用于接收和发送指令；

所述数据采集系统分别连接到所述第一电压/电流采样电路的输出端、所述转矩/转速采样电路的输出端和所述第二电压/电流采样电路的输出端，用以对所述负载电机的电压电流以及转矩/转速进行采集，同时对被测对象的汽车电机进行电压电流采集；

所述Matlab仿真系统连接到所述dSPACE半实物仿真系统的通信端，通过以太网进行双向通信，所述Matlab仿真系统用来设计所述负载电机的控制系统仿真模型，此控制系统仿真模型中包含电压源模型、闭环控制器模型、Back-To-Back变换器模型、负载电机模型以及相应的观测器(示波器)模型；

所述dSPACE半实物仿真系统分别连接到所述Matlab仿真系统的通信端和所述Back-To-Back变换器的通讯接口，用以把所述负载电机的控制系统仿真模型及其控制算法直接转换成控制代码，并对所述Back-To-Back变换器发出控制信号；

所述三相调压器的输入端连接到三相交流电网、输出端连接到所述Back-To-Back变换器的输入端，用以把三相交流电网提供的三相380V交流电变换成三相0-430V交流电输出给所述Back-To-Back变换器，最大功率可达150kW；

所述Back-To-Back变换器分别连接到所述dSPACE半实物仿真系统的输出端、所述三相调压器的输出端、所述负载电机的驱动输入端和所述三重三相双向DC-DC变换器的输入端；所述Back-To-Back变换器采用Infineon的IGBT模块以及相应的驱动模块设计，IGBT模块型号为FF600R17ME4，最大额定电压为1700V，最大额定电流为600A，驱动模块为2SP0115T2Ax-17；

所述负载电机分别连接到所述Back-To-Back变换器的输出端、所述第二电压/电流采样电路的采样输入端和所述转矩/转速传感器；所选负载电机的主要参数为标称功率：100kW，额定电压：380V，额定电流：300A，额定转速：3600rpm，最大转速：9000rpm，额定转矩：200N.m，峰值转矩：≥500N.m，冷却方式：强迫风冷；

所述转矩/转速传感器分别连接到所述负载电机、被测对象的汽车电机和所述转矩/转速采样电路，用以采集被测对象的汽车电机和所述负载电机的转矩及转速信号，并发送给所述数据采集系统；

所述第二电压/电流采样电路分别连接到所述负载电机的输入端及所述数据采集系统，用于采集所述负载电机的电压、电流信号，通过所述第二电压/电流采样电路发送给所述数据采集系统；

所述第一电压/电流采样电路分别连接到被测对象的汽车电机的电压输入端及所述数据采集系统，用于采集被测对象的汽车电机的电压、电流信号，并发送给所述数据采集系统；

所述转矩/转速采样电路分别连接到所述转矩/转速传感器和所述数据采集系统，用于对采集的转矩/转速信号进行转化处理，并发送到所述数据采集系统；

所述电源模拟系统分别连接到三相交流电网、所述控制系统、被测对象的电机驱动器的供电接口和所述三重三相双向DC-DC变换器，通过CAN总线与所述控制系统进行通信，进行各种蓄电池的充放电曲线的设定和模拟，输出直流电供给被测对象的电机驱动器工作；

所述三重三相双向DC-DC变换器分别连接到所述电源模拟系统、所述Back To Back变换器、被测对象的电机驱动器的电压输入端及所述控制系统，用于在对被测对象的汽车电机或者所述负载电机进行制动时，将能量回馈至所述Back To Back变换器或所述三重三相双向DC-DC变换器的输入端，进行闭环控制，实现高效节能目的。

如图2所示，采用一台与被测对象的汽车电机M1同功率等级的电机作为负载电机M2，与被测对象的汽车电机对拖，由两台具有能量回馈功能的电机驱动器分别对电机M1、M2进行控制，负载电机M2的电机驱动器的主电路结构为交-直-交型。当被测对象的汽车电机M1作电动运行时，负载电机M2则处于发电状态，系统将负载电机M2发出电经过三重三相双向DC-DC变换器传递给被测对象的汽车电机M1。同理，当被测对象的汽车电机M1作发电运行时，负载电机M2则处于电动状态，系统将被测对象的汽车电机M1发出的电经三重三相双向DC-DC变换器传递给负载电机M2吸收利用。

本实用新型中，三重三相双向DC-DC变换可采用公知的结构。如图3所示，为三重三相双向DC-DC变换器的电路原理图，被测对象的汽车电机功率范围较大，所以采用三相三重半桥式结构作为变换主电路，可以有效减少谐波含量和电流的脉动率，减小被测电机驱动系统(被测对象)与测功机系统的相互干扰，同时优化能量回馈滤波器的总量和体积，使系统的结构设计达到最优。除此之外，三相三重的特殊结构使系统具有备用功能，某一单元发生故障时，其余单元可以继续运行，大大提高系统的可靠性。

本实用新型中，Matlab仿真系统和dSPACE半实物仿真系统均为公知常用的仿真系统。

本实用新型的电动汽车电机驱动系统测试设备，工作时配合公知的ADVISOR路况模拟系统、负载模拟跟踪控制系统和性能分析系统进行使用，首先通过路况模拟系统再现真实的汽车行驶的加减速各种工况；其次，采用负载模拟跟踪控制系统实现测功机系统对负载模拟的快速响应和精确跟踪控制；最终通过性能分析系统实现电机驱动系统的综合性能测试和分析。并且可以通过工控机的用户管理系统实时动态显示被测对象测量值，同时对测试过程进行控制等。

以上所述实施例对本实用新型的实施方式做了进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，而且性质或用途相同，这些都属于实用新型专利的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。