新能源电驱系统标准解读与拓展：系统温升试验

导语：三合一电驱动系统在为电动汽车带来优秀的加速动力性的同时也产生了大量的热，散热系统设计不到位、散热能力不足，会带来一系列的功能、性能甚至安全问题，因此，系统温升是电动汽车动力总成设计的关键。

文章重点解读以下几个问题：

1.为什么要做温升？温升与哪些系统性能参数有关？

2.重点考核对象有哪些？

3.三合一电驱动系统温升试验参考标准有哪些？

4.为满足整车实际应用条件，需要考虑哪些温升工况？

1. 为什么要做温升？温升与哪些系统性能参数相关？

电驱动总成温升试验是一种在特定的冷却条件、环境气候、工况下，对电驱总系统温升性能的一项测试，其温升表现直接影响系统的功能、性能及可靠性等方面。

在介绍温升试验之前，需要重温下几个老生常谈的技术指标，比如额定功率、峰值功率、额定转矩、峰值转矩等，均是通过温升测试而测出。在GB/T19596 电动汽车术语中有明确定义：

额定功率rated power

额定条件下的输出功率规定的最大、长期工作的功率

持续功率 continuous power

规定的最大、长期工作的功率

峰值功率peak power

在规定的持续时间内电机允许的最大输出功率

额定转速rated speed

额定功率下电机的最低转速

额定转矩rated torque

电机在额定功率和额定转速下的输出转矩

峰值转矩peak torque

电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩

具体测试中，额定功率、额定转矩测试方法：电驱动总成在特定水温和流量下、额定电压下进行运行，系统达到热平衡状态（一般定义温度变化±2K），且温度小于温度限值时的最大功率和扭矩；

峰值功率、峰值扭矩测试方法：电驱动系统在特定水温和流量下，规定电压下运转30s（根据整车加速时间而定，一般10~30s），系统不超过温度限值时的最大功率和扭矩。

有些整车厂也会对测试初始条件做定义，如某个工况下运转多长时间，或者定子温度多少度等要求，当然，温度越高系统需求越难达到，正向设计之初要作此考虑。

因此，电驱动系统的温升与系统多项性能指标相关，而其温升性能的优劣无非两个方面：产热、散热，这又与产品的电磁方案、结构设计、冷却回路设计、高压部件选型、减速器润滑等息息相关，其重要性可见一斑！

2. 温升的重点考核对象有哪些?

三合一电驱动系统温升试验属综合性试验，需要保证每个部件的温升满足设计要求，重点考核以下几方面：

1）电机转子温升

2）电机轴承温升

3）电机定子温升

4）IGBT等功率器件温升

5）高压线束温升

6）DC/AC 铜排温升

7）减速器润滑

8）减速器轴承温升

以上，需要说明的是：

1. 关于电机自身的温升考核，在开发阶段，一般会有专门的热电机进行摸底验证。具体而言，会在定子、绕组、壳体、水套、轴承、转轴、磁铁、硅钢片、旋变定子、铜排等多处安装热敏电阻，从反电动势、短路性能、峰值和额定温升、退磁性能、堵转等多方面，对电机的温升表现进行全方位、立体化的打击...

2. 批产阶段，通常使用一路电机定子NTC传感器，且需要布置在温度最高的定子槽内，同时需要对定子NTC埋设工艺的一致性进行定义和比对，保证不同电机定子在相同工况下温升数据的偏差尽量小。

3. 批产阶段，考虑工艺、成本、可靠性等因素，电机转子不会配置温度传感器，但是并不意味着不能实现转子温度估算的功能，这一点在开发阶段利用热电机可以满足。转子估算功能为扭矩精度、系统峰值性能提升、可靠性均可带来显著的贡献。

4. 目前，国内电驱动厂商大部分采用的IGBT模块来自英飞凌的封装好的模块，小部分厂家使用晶元在电路板上封装。不管是现成模块还是在晶元封装，都会有一个难题：IGBT温度传感器没有办法完全靠近PN结以获得最真实的PN结温度，为获取IGBT的最大能力、提高IGBT应用可靠性，进行IGBT模块温度场采集是很有必要的。

3. 三合一电驱动系统温升试验参考标准有哪些？

GB/T 18488.1 中对二合一系统温升测试有简要描述，但远不足以满足现有应用中的需求。

另外，在ISO标准中，对温升测试有如下规定，可供参考：

基本测试框图：

解释：1.被测件；2.电机；3.电机控制器；4.电池模拟器；5.台架电机；6.扭矩/转速传感器；7.温度传感器；8.扭矩/转速测试仪；9.温度测量值(℃)；10电机扭矩(Nm)；11电机转速(rpm)

基本测试框图：

4. 为满足整车实际应用条件，需要考虑哪些温升工况？

针对纯电动车，典型温升工况有如下几种，供参考：

以上，如果未考虑到位的，欢迎留言补充 ：）

其中，对于堵转工况的解读，可参考文章《新能源电驱系统标准解读与拓展：堵转》。

5. 总结及展望

三合一电驱动系统温升测试结果直接决定了产品的技术指标，换句话说，在初期定义指标时需要充分考虑温升特性，并充分考虑可能边界条件，如：

1）声学包对系统温升的影响

2）冷却条件：类型、水温、流阻、流量等

3）周边件（如PDU、空压机等）的发热量和布置形式

如前所述，温升影响因素甚多，冷却回路设计，结构布置、电磁方案设计、电子元件选型等等，作为一项与电驱动总成性能及可靠性紧密相关的测试，它既是认证性的试验，更是研发性试验，在产品开发过程中需要多次细致策划，用数据来带动设计优化，才能更好的提高产品的性能及可靠性。

以上是关于电驱动系统温升的解读，如果有疑问或者建议，欢迎大家随时留言。