新能源汽车电驱系统标准解读与拓展: 馈电特性

导语：文章封面是MINI Cooper SE电动汽车，去年秋季在纽北赛道进行了一场别开生面的表演，然而本次的重点并不是速度，而是其优秀的制动能量回收表现，在没有踩踏制动踏板的前提下，完成了整个赛道的驾驶。这得益于其灵活多变的能量回收策略，驾驶员可以根据需求选择能量回收模式，调节回收程度和对应的减速效果，一旦驾驶员将脚从踏板上移开，汽车行驶的动能带动电机将汽车动能转化为的电能并储存在储能设备中。作为动力总成服务商，如何稳定、高效的提供制动能量，是我们关注的重点。

我们已经讨论过电驱动扭矩控制和转速控制的相关标准和应用（转矩响应时间、转矩控制精度、转速控制），标准中测试都是在电机电动状态下进行的的，电动汽车节能不仅仅是因为行驶中使用电能，更是因为汽车在减速或者制动时，电机工作在发电状态，汽车行驶的动能带动发电机将汽车动能转化为的电能并储存在储能设备中（"馈电"过程），如电池和超级电容，汽车起步或加速时，电机再将储能元件中的电能转化为机械能给汽车。这次我们结合标准，谈一下电驱动的馈电特性。

我们会结合相关标准从以下进行解读：

1. 馈电特性关键指标

2. 馈电特性的测试

3. 反电动势

4. 展望

1. 馈电特性关键指标

在《GB/T 18488.1-2015-电动汽车用电机及其控制器第1部分-技术条件》5.4.13中给出了馈电特性的相关指标：

解读：馈电状态时，按照定义，我们主要关注三点：1). 馈电电压、2). 馈电电流 3). 馈电效率。

馈电的目的，是给储能装置充电，如电动车蓄电池的充电策略，要考虑到蓄电池的SOC值、蓄电池温度、充电电流的影响。充电电流过大时，会使蓄电池温度快速升高，从而导致不能回收能量。出于充电的考虑，我们要关注充电电压、电流和效率的问题。

馈电电压，也就是电机在发电状态下的输出电压，也称作反电动势，会在第三节重点讨论；有了馈电电压，如果能形成馈电回路，就会有馈电电流；馈电效率，同电动效率一样，同样对续航里程产生重要影响，也是整车比较关注的指标。

2. 馈电特性的测试

《GB/T 18488.2-2015-电动汽车用电机及其控制器第2部分-实验方法》7.6 中已经具体地写明了馈电特性的测试方法：

解读：标准中对所要记录的数据有具体的要求。值得注意的是，由于纯电动车较大馈电需求，对于减速器反向齿面的强度和修型要重点关注，这些在NVH、耐久等具体的单体测试规范中要有体现。

3. 反电动势

法拉第发现了磁能生电，并以此发明了电机。在最常用的永磁同步电机中，这个“磁”来自两个部分，一部分是线圈，另一部分是永磁体，永磁体生成的"电"，在电机中就是反电动势。以最常用的永磁同步电机为例，先看下电机一相的示意图：

电机输入交流电Us，在线圈中形成电流is，线圈电阻Rs消耗一部分电能，自身产生感应电势，永磁体磁场在线圈中产生反电势E，这一相写成电压方程为：

其中，ω_e为电角速度，φ_f为永磁体的磁链。可以看出，反电动势的大小与电机的转速与永磁体的特性相关。永磁体的特性又与转子的温度相关，应用时，估算反电动势：

这里，c2为转子温度修正系数，c1为反电动势修正系数，需要根据在不同转速温度的测试结果进行修正。

当is=0时，E=|Us|，以此方法来测量电机反电动势。

转子温度固定时，磁链反电动势的大小只与转速相关，当转速越大，反电动势越大。当E大于|Us|时，电驱动进入馈电状态，若是负载不断拖动使电机转速升高，能量反馈到母线上，可能会造成母线或者电池电压过高，损坏IGBT。

4. 展望

电动车在减速和制动时，可以进行能量回收，在GB/T 18488中重点考虑了馈电电压、电流和效率。在制定整车制动能量回收策略时，馈电扭矩也是关注的重要指标，影响了制动时的驾驶性，这属于整车策略范畴，不仅要关注电驱动特性，还要关注整车行驶的工况、储能元件的特点等，这会在以后详述。

对于正处于风头浪尖的CLTC续航考核工况而言，由于其较NEDC和WLTP表现出多的能量回收需求。因此，无论是整车厂，或者动力总成供货商，都需要将系统的馈电特性的提升至一个新的水平。（详见文章《朝气蓬勃的CLTC循环工况，你可知"多少"》)

对于整车级别能耗和续航的考核，可以参考标准《GBT 18386-2017 电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》中的定义。