CN110737259A - 一种水泵驱动电机及控制器的高温试验系统 - Google Patents

一种水泵驱动电机及控制器的高温试验系统 Download PDF

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刘洋
刘江权
石军
曹元福
李源浩
胡煦东
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Abstract

本发明公开了一种水泵驱动电机及控制器的高温试验系统，水泵和散热器通过管路连接形成闭式循环管路，水泵由驱动电机驱动；驱动电机和控制器分别安装于环境温度可控的电加热箱内；控制及数据采集单元同时连接驱动电机和控制器，控制及数据采集单元监控和记录控制器输入电流和电压、控制器芯片温度、驱动电机的电机轴端温度，通过系统运行时间确定驱动电机和控制器的高温试验测试情况。本发明将待测试的驱动电机和控制器分别置于不同温度的电加热箱内，直接利用水泵驱动工质进行加载，台架连接简便，载荷控制精确，试验安全性较高。

Description

一种水泵驱动电机及控制器的高温试验系统
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种水泵驱动电机及控制器的高温试验测试系统。
背景技术
在车辆的实际使用中，随路面和环境等诸多因素的影响，车辆的工况是持续变化的，传统的冷却系统水泵由发动机驱动，其转速受发动机运行工况的限制，不能动态响应车辆行驶时的瞬态变化，造成了系统能力的浪费和耗功比增加，不利于发动机的可靠工作。因此，随着电驱动技术的不断发展，水泵驱动由原先的发动机机械驱动向电驱动方向发展，高集成式电子水泵研究将是未来新能源汽车领域的重要研究内容之一，开发高效紧凑、重量轻、体积小、可靠性高的电驱动水泵是新能源汽车技术领域中不可或缺的重要研究内容。
目前水泵驱动电机及控制器的高温试验，给电机加载荷多采用负载电机反拖的形式。如果负载电机与被测电机工作在同一个控制模式，会对电机传动轴产生一个很大的冲击扭矩，反拖冲击可能会引起被测电机、负载电机、扭矩转速传感器的损坏，甚至引发安全事故。另外，采用电机反拖模拟负载的形式与实车工况下水泵驱动电机的负载误差较大，试验精度较低。
目前对于驱动电机以及控制器的高温试验，没有及时准确可控的很好的判定方式，本发明对此也进行了研究和改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种水泵驱动电机及控制器的高温试验系统，能够满足新能源汽车冷却系统中水泵驱动电机和控制器的设计研发的需求。
一种水泵驱动电机及控制器的高温试验系统，该试验系统包括驱动电机、控制器、水泵、散热器、第一电加热箱、第二电加热箱和控制及数据采集单元，其中驱动电机和控制器为待测器件；其特征在于，
所述水泵和散热器通过管路连接形成闭式循环管路，水泵由驱动电机驱动，所述水泵和驱动电机设置在第一电加热箱内；所述控制器设置在第二电加热箱内，所述控制器与驱动电机电连接；所述水泵出水口与散热器之间设置第二管路，第二管路上设置温度传感器、压力传感器Ⅰ、电子阀门和流量计，其中温度传感器、压力传感器Ⅰ和流量计分别用于检测第二管路上的温度、压力和流量，电子阀门用于控制流量大小；水泵回水口与散热器之间的管路上安装压力传感器；控制及数据采集单元同时连接驱动电机和控制器，控制及数据采集单元监控和记录控制器输入电流和电压、控制器芯片温度、驱动电机的电机轴端温度，通过系统运行时间确定驱动电机和控制器的高温试验测试情况。
进一步地，所述电加热箱的壁面上设置温度传感器和百叶窗，通过顶部设置的百叶窗调节电加热箱内温度。
进一步地，还包括冷却风扇，所述冷却风扇与散热器集成在一起。
进一步地，所述散热器和膨胀水箱上分别设置有蒸汽口，用于排走水系循环中产生的气体。
进一步地，所述电子阀门用于调节水泵的进出口流量和压力，通过电子阀门的开度确定驱动电机加载载荷。
进一步地，所述膨胀水箱下部设有补水口，用于给水泵补水。
有益效果：
1、本发明将待测试的驱动电机和控制器分别置于不同温度的电加热箱内，直接利用水泵驱动工质进行加载，台架连接简便，载荷控制精确，试验安全性较高。
2、本发明通过大量研究，提出了新的电机热平衡判定式，通过热平衡判定公式来判定电机是否符合要求，提高试验的智能化，大大的简化了判定方法。
3、本发明通过大量研究，提出了新的控制器热平衡判定式，通过热平衡判定公式来判定控制器是否符合要求，提高试验的智能化，大大的简化了判定方法。
附图说明
图1为本发明水泵驱动电机及控制器的高温试验系统组成原理图。
其中，1-驱动电机、2-控制器、3-水泵、4-电加热箱Ⅰ、5-电加热箱Ⅱ、6-温度传感器Ⅰ、7-温度传感器Ⅱ、8-百叶窗Ⅰ、9-百叶窗Ⅱ、10-散热器、11-冷却风扇、12-膨胀水箱、13-流量计、14-电子阀门、15-温度传感器、16-压力传感器Ⅰ、17-压力传感器Ⅱ、18-控制及数据采集单元。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种水泵驱动电机及控制器的高温试验系统，该试验系统包括驱动电机1、控制器2、水泵3、散热器10、膨胀水箱12、第一电加热箱4、第二电加热箱5和控制及数据采集单元18，其中驱动电机1和控制器2为待测器件；
所述水泵3和散热器10通过管路连接形成闭式循环管路，水泵3由驱动电机1驱动，所述水泵3和驱动电机1设置在第一电加热箱4内；所述控制器2设置在第二电加热箱5内，所述控制器2与驱动电机1电连接（控制器2用于控制驱动电机的转速，该转速决定加载的多少）；所述水泵3出水口与散热器10之间设置第二管路，第二管路上设置温度传感器15、压力传感器Ⅰ16、电子阀门14和流量计13，其中温度传感器15、压力传感器Ⅰ16和流量计分别用于检测第二管路上的温度、压力和流量，电子阀门14用于控制流量大小。水泵回水口与散热器10之间的管路上安装压力传感器17；控制及数据采集单元18同时连接驱动电机1和控制器2，控制及数据采集单元18监控和记录控制器2输入电流和电压、控制器2芯片温度、驱动电机的电机轴端温度，通过系统运行时间确定驱动电机和控制器的高温试验测试情况。
本发明通过设置新的试验系统，将待测试的驱动电机和控制器分别置于不同温度的电加热箱内，直接利用水泵驱动工质进行加载，避免现有技术中负载电机与被测电机工作在同一个控制模式而导致的反拖冲击问题，避免安全事故，安全性能高。
本发明的试验系统，台架连接简便，载荷控制精确，试验安全性较高。
作为优选，水泵3与散热器10之间设置第一管路，所述膨胀水箱12设置在第一管路上，膨胀水箱12的下部设有补水口，用于给水泵3补水，膨胀水箱12的进水口连接散热器10。所述第二管路和第一管路是并联结构。
作为优选，所述散热器采用管壳式换热器。作为优选，可以采用热管式换热器。
作为优选，膨胀水箱作用是给水泵进口补水，防止水泵叶轮进口汽蚀，给散热器除汽，本身不参与换热。此路循环只占一小部分，大部分冷却液走主路：散热器-水泵-散热器。
作为优选，第一电加热箱4优选是温度可控制在105℃，第二电加热箱5优选温度可控制在85℃。这是由电机和控制器在车内的实际安装位空间环境温度决定的，通过上述温度设置能够实现总体指标要求。
电加热箱Ⅰ4、电加热箱Ⅱ5的壁面上分别设置温度传感器Ⅰ６和温度传感器Ⅱ７，通过各自顶部设置的百叶窗Ⅰ８、百叶窗Ⅱ９调节箱内温度。
散热器10与冷却风扇11集成在一起，散去试验中产生的热量。
散热器10和/或膨胀水箱12上分别设置有排汽口，用于排走水系循环中产生的汽体。因为循环中会产生蒸汽，通过设置排汽口将产生的蒸汽排出。
作为优选，散热器10排出的蒸汽通过管路（优选第一管路）进入膨胀水箱，达到蒸汽的回收利用。
电子阀门14用来调节水泵3的进出口流量和压力，以此确定电机加载载荷。通过控制及数据采集单元18使得电子阀门14的开度和电机的加载载荷相适用。
作为优选，本发明通过大量的研究，结合上述的试验平台，确定了新的电机热平衡判断公式，通过控制以及数据采集电源采集的数据，自动计算驱动电机是否符合试验要求。
电机热平衡判定式：
当
Figure 85260DEST_PATH_IMAGE001
时，可判定驱动电机可满足高温试验要求。
其中：
Figure 26671DEST_PATH_IMAGE002
为电机自然对流换热系数，经验值为10～15
Figure 608962DEST_PATH_IMAGE003
;
为电机外表面散热面积，
Figure 945452DEST_PATH_IMAGE005
；通过几何计算获得；
Figure 741369DEST_PATH_IMAGE006
为电机最高耐温，K；由电机设计时选定；
Figure 760141DEST_PATH_IMAGE007
为水泵进口冷却液温度，K；由温度传感器15测定；
Figure 907089DEST_PATH_IMAGE008
为试验箱（第一箱体）内高温环境温度，K；由温度传感器Ⅰ6测定；
Figure 669508DEST_PATH_IMAGE009
为水流量，kg/s；由流量计13测定；
Pi为水泵进口压力值，Pa，由压力传感器16测定；
Figure 585512DEST_PATH_IMAGE010
为水泵出口压力值，Pa，由压力传感器17测定；
Figure 758873DEST_PATH_IMAGE011
为水泵效率；由水泵性能试验测定；
Figure 393117DEST_PATH_IMAGE012
为水泵电驱动系统效率；由电机电驱动系统性能试验测定；
Figure 693648DEST_PATH_IMAGE013
为水泵电机效率；由电机性能试验测定；
上述的判定公式是通过大量的试验以及研究得到的判定式，通过上述判定公式，能够自动判断试验的驱动电机是否符合要求，提高了检测的智能型。
作为优选，每隔10s采集一次数据。
作为优选，连续试验24小时，满足上述公式要求，即可判断电机满足要求。
作为优选，本发明通过大量的研究，结合上述的试验平台，确定了新的电机控制器热平衡判断公式，通过控制以及数据采集电源采集的数据，自动计算控制器2是否符合试验要求。
电机控制器热平衡判定式：
当时，可判定电机控制器可满足高温试验要求。
其中：
Figure 824732DEST_PATH_IMAGE002
为电机自然对流换热系数，经验值为10～15;
Figure 50494DEST_PATH_IMAGE015
为电机控制器外表面散热面积，；通过几何计算获得；
Figure 456253DEST_PATH_IMAGE016
为电机控制器最高耐温，K；由电机控制器设计时选定；
为试验箱（第二箱体）内高温环境温度，K；由温度传感器Ⅱ7测定；
为冷却液的温度，K；由温度传感器15测定；
Figure 452525DEST_PATH_IMAGE009
为水流量，kg/s；由流量计13测定；
Pi为水泵进口压力值，Pa，由压力传感器16测定；
Figure 154902DEST_PATH_IMAGE010
为水泵出口压力值，Pa，由压力传感器17测定；
Figure 985455DEST_PATH_IMAGE011
为水泵效率；由水泵性能试验测定；
Figure 431480DEST_PATH_IMAGE012
为水泵电驱动系统效率；由电机电驱动系统性能试验测定；
Figure 31088DEST_PATH_IMAGE017
为水泵电机控制器效率；由电机控制器性能试验测定；
上述的判定公式是通过大量的试验以及研究得到的判定式，通过上述判定公式，能够自动判断试验的控制器是否符合要求，提高了检测的智能化。
作为优选，每隔10s采集一次数据。
作为优选，连续试验24小时，满足上述公式要求，即可判断控制器满足要求。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水泵驱动电机及控制器的高温试验系统，该试验系统包括驱动电机、控制器、水泵、散热器、第一电加热箱、第二电加热箱和控制及数据采集单元，其中驱动电机和控制器为待测器件；其特征在于，
所述水泵和散热器通过管路连接形成闭式循环管路，水泵由驱动电机驱动，所述水泵和驱动电机设置在第一电加热箱内；所述控制器设置在第二电加热箱内，所述控制器与驱动电机电连接；所述水泵出水口与散热器之间设置第二管路，第二管路上设置温度传感器、压力传感器Ⅰ、电子阀门和流量计，其中温度传感器、压力传感器Ⅰ和流量计分别用于检测第二管路上的温度、压力和流量，电子阀门用于控制流量大小；水泵回水口与散热器之间的管路上安装压力传感器；控制及数据采集单元同时连接驱动电机和控制器，控制及数据采集单元监控和记录控制器输入电流和电压、控制器芯片温度、驱动电机的电机轴端温度，通过系统运行时间确定驱动电机和控制器的高温试验测试情况。
2.如权利要求1所述的水泵驱动电机及控制器的高温试验系统，其特征在于，所述电加热箱的壁面上设置温度传感器和百叶窗，通过顶部设置的百叶窗调节电加热箱内温度。
3.如权利要求1或2所述的水泵驱动电机及控制器的高温试验系统，其特征在于，还包括冷却风扇，所述冷却风扇与散热器集成在一起。
4.如权利要求1所述的水泵驱动电机及控制器的高温试验系统，其特征在于，所述电子阀门用于调节水泵的进出口流量和压力，通过电子阀门的开度确定驱动电机加载载荷。
5.如权利要求1所述的水泵驱动电机及控制器的高温试验系统，其特征在于，水泵与散热器之间设置第一管路，所述膨胀水箱设置在第一管路上，膨胀水箱的下部设有补水口，用于给水泵补水，膨胀水箱的进水口连接散热器,所述第二管路和第一管路是并联结构。
6.如权利要求5所述的水泵驱动电机及控制器的高温试验系统，其特征在于，散热器排出的蒸汽通过管路进入膨胀水箱，达到蒸汽的回收利用。
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