CN113899960A - 一种模拟电动车辆运行状态的电驱动系统emi试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟电动车辆运行状态的电驱动系统EMI试验系统，用于电驱动系统的EMI测试，包括暗室、电驱动系统、铜基座、绝缘基座、放置于暗室外的转速扭矩测量装置、测功机、测功机电源、控制器、电驱动系统控制计算机、频谱仪、光耦隔离装置。电驱动系统控制计算机控制电驱动系统和负载测功机，在电驱动系统处于不同工作情况下，测量直流侧、交流侧的差模和共模EMI；测量得到的共模电压和共模电流数据，可用于提取电池组在不同工作情况下的共模阻抗。本发明可以测试和评估电驱动系统处于各种工况下产生的EMI，获得电驱动系统的EMC性能，测试结果准确可信。

Description

一种模拟电动车辆运行状态的电驱动系统EMI试验系统

技术领域

本发明涉及电磁兼容测试技术领域，具体涉及一种模拟电动车辆运行状态的电驱动系统EMI试验系统，可用于独立电驱动系统EMI的测试、以及电池组和驱动电机共模阻抗的提取。

背景技术

电动汽车因清洁环保、高效节能等突出优点，成为新能源汽车发展的主要方向。电动汽车中采用电驱动系统作为动力系统，使用车载电源为动力，经逆变器进行能量转换从而控制电机的运转。电驱动系统中的大功率半导体器件以高频开关模式工作，这个过程中功率器件上的瞬态电压和电流变化速率非常高(很大的dv/dt与di/dt)，它们通过电路中寄生电感和电容的作用产生了大量的EMI噪声。这些EMI噪声将通过传导和近场耦合的方式作用到汽车电子设备，容易导致电动汽车内部出现多种电磁干扰问题。

由于电动汽车电驱动系统的电磁兼容性影响车辆安全性能，关乎驾乘人员的生命安全，其电磁兼容性能至关重要。国内外许多研究机构从电磁兼容测试方法、电磁兼容标准、干扰建模以及干扰抑制角度，开展了电动汽车电磁兼容问题的研究。

电驱动系统电磁兼容测试方面：电动汽车中电驱动系统的作用是带动轮胎转动，因而在对其进行电磁兼容性能测试时，必须给电机施加负载，模拟电驱动系统实际的运行状态，才能获得电驱动系统产生的真实电磁干扰。国内外一些专业测试机构能够提供用于测试电动汽车驱动电机带载EMC性能的测试系统，但现有技术方案中，测试系统的EMC测试往往只能在某一持续平稳的工况下进行，所测试得到的电磁干扰数据只能表征电驱动系统在某一平稳运转工况下的电磁干扰发射情况，而对于工况切换下的电磁干扰数据无法获取。

电驱动系统与测功机往往分开控制，在这种情况下，只能测试在不同输出转速与不同输出功率下，电驱动系统产生的电磁干扰，并不能体现出电驱动系统复杂的工作模式以及模式切换时，电驱动系统产生的EMI特性。

发明内容

为了解决电驱动系统复杂的工作模式以及模式切换时，无法检测电驱动系统产生的EMI特性问题，本发明提出了一种模拟电动车辆运行状态的电驱动系统EMI试验系统，具体技术方案如下：

一种模拟电动车辆运行状态的电驱动系统EMI试验系统，用于电驱动系统的EMI测试，包括暗室、电驱动系统、铜基座、绝缘基座、放置于暗室外的转速扭矩测量装置、测功机、测功机电源、控制器、电驱动系统控制计算机、频谱仪、光耦隔离装置，

其中电驱动系统为被测系统，置于暗室内，包括高压锂电池组、逆变器、驱动电机以及绝缘联轴器和轴，电驱动系统的所有部件通过铜基座共地，铜基座下面垫有绝缘基座，用于实现电驱动系统与大地的隔离；

测功机为负载，测功机电源用于给测功机提供电源；

控制器和电驱动系统控制计算机为控制系统；

测量反馈系统包括线性阻抗稳定网络LISN、共模电压电流测量电路、转速扭矩测量装置、频谱仪；

电驱动系统控制计算机用于设定目标转速和扭矩，并读取通过转速扭矩测量装置反馈的电驱动系统的输出转速和扭矩，电驱动系统控制计算机经控制器控制逆变器，同时，电驱动系统控制计算机用于控制测功机，实现不同负载情况下的测试；

高压锂电池组与LISN之间，以及LISN与逆变器之间均通过两根高压直流线缆相连，LISN为电压测量传感器，其与频谱仪相连，用于测量高压锂电池组直流端干扰电压，逆变器为DC/AC电源变换器，根据控制器产生的控制信号进行PWM脉冲波调制，进行DC/AC转换；逆变器与驱动电机通过三相线缆相连，共模电压电流测量装置置于逆变器三相交流输出端，并与频谱仪相连，用于测量获取三相线缆上的干扰发射电压或电流；驱动电机与测功机通过绝缘联轴器和轴相连，驱动电机与测功机之间没有电气连接。

进一步，模拟测试状态分为驱动状态及能量回收状态两种状态，高压锂电池组为双向直流电源系统：在驱动状态下，高压锂电池组提供电能输出；在能量回收状态下，高压锂电池组回收电能充电。

进一步，设置了光耦隔离装置，控制器通过光耦隔离装置与逆变器相连。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、建立规范的模拟电动车辆运行工况的电驱动系统EMI试验系统，阻断了外部控制器、测功机对独立电驱动系统的干扰耦合，测试结果更为准确；

2、在电驱动系统处于变换工况下，测试电驱动系统产生的EMI，可评价电驱动系统在不同工况下的EMC性能；

3、测量电驱动系统直流侧和交流侧的共模电压和共模电流数据，可用于提取电池组和电机在不同工况下的共模阻抗，突破了现有基于电池组和电机静止状态进行阻抗建模的技术局限。

附图说明

图1、本发明系统组成框图

图2、本发明试验流程图

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

首先搭建测试系统：

搭建被测系统及测量系统，被测系统包括高压锂电池组2、逆变器4、驱动电机6以及绝缘联轴器7和轴10，被测系统置于暗室1内，电驱动系统的所有部件通过铜基座8共地，铜基座下面垫有绝缘基座9，用于实现电驱动系统与大地的隔离；通过两根高压直流线缆连接高压锂电池组2与LISN3，通过两根高压直流线缆连接LISN3与逆变器4，连接LISN3和频谱仪14，逆变器4与驱动电机6通过三相线缆相连，共模电压电流测量装置5置于逆变器4三相交流输出端，并与频谱仪14相连；

将负载接入被测系统：驱动电机6与测功机12通过绝缘联轴器7和轴10相连，驱动电机6与测功机12之间没有电气连接。

搭建控制反馈系统，将转速扭矩测量装置11与轴10相连，电驱动系统控制计算机17与控制器16相连，控制器16与逆变器4相连；电驱动系统控制计算机17与测功机12相连；

测试系统用于电驱动系统的EMI测试。模拟测试状态分为驱动状态及能量回收状态两种状态。高压锂电池组为双向直流电源系统：在驱动状态下，高压锂电池组向系统提供电能输出；在能量回收状态下，系统向高压锂电池组充电。

逆变器的控制器置于暗室之外，并且控制器通过光耦隔离装置与逆变器相连。另一方面，驱动电机与测功机使用绝缘联轴器相连，驱动电机与测功机之间没有电气连接，测功机产生的干扰不会影响暗室内的电驱动系统。

在驱动状态及能量回收状态下，测试人员选择需要模拟的实车驾驶工况，在电驱动系统控制计算机中进行预先设定。当测试状态为驱动状态时，此时系统模拟的工况可为加速、爬坡、匀速驾驶等工况，测功机相当于负载，电驱动系统控制计算机依据工况输出指令分配驱动电机转速指令及测功机扭矩指令，由高压锂电池组向系统进行功率输出和能量供给，驱动电机按照指令工况动态运转。当测试状态为能量回收状态时，此时模拟的工况可为减速、刹车等工况，测功机相当于负载，测试人员设定反向充电电流，电驱动系统控制计算机根据工况输出指令分配控制器驱动电机扭矩指令及测功机转速指令，驱动电机按照指令工况动态运转，并向高压锂电池组充电。

线性阻抗稳定网络LISN用于测试电驱动系统直流的传导噪声；逆变器输出侧连接共模电压和共模电流测量电路，用于测量逆变器输出侧的共模噪声。测量得到的共模电压和共模电流数据，通过频谱计算，可以获得高压锂电池和电机的高频阻抗。

以使用该测试系统对某一电驱动系统在不同状态及工况下进行电磁干扰测试为例，分步骤进行阐述说明。

步骤一：将电驱动系统按照图1中的结构进行布置，搭建该独立电驱动系统的带载EMC试验系统。

步骤二：按照图2所示的测试流程，测试人员首先需要明确待模拟的实车驾驶工况，在电驱动系统控制计算机中进行预先设定。本案例模拟三种连续变换工况：转速2000rpm、扭矩213Nm→转速2000rpm、扭矩450Nm→转速2000rpm、扭矩625Nm；

电驱动系统控制计算机根据设定的运行工况与电机在当前时刻的运行状态，根据控制算法确定电机输出特性和行驶阻尼，然后将调节信息发给控制器得到对应的调节PWM信号，再通过光耦隔离传输到逆变器，对电机运行状态进行控制，同时电驱动系统控制计算机也对测功机进行同步PWM调制控制；期间，线性阻抗稳定网络LISN和共模电压电流测量电路进行实时测量，并发送到频谱仪；

步骤三：转速和扭矩测量装置将此时电驱动系统的运行状态监测后，反馈给电驱动系统控制计算机，如果电驱动系统没有达到预期的工作状态，电驱动系统控制计算机便会根据现在的情况，重新计算电机和测功机的运行指令，继续进行工况调节。如果电驱动系统达到预期的工作状态，工况调节停止，期间，线性阻抗稳定网络LISN和共模电压电流测量电路进行实时测量，并发送到频谱仪；之后，可进行后续的EMI测试。

本发明充分考虑到了EMI与负载的关系，进一步为电驱动系统带载情况下的EMI建模奠定了良好的基础。

Claims (5)

1.一种模拟电动车辆运行状态的电驱动系统EMI试验系统，用于电驱动系统的EMI测试，其特征在于：包括暗室(1)、电驱动系统、铜基座(8)、绝缘基座(9)、放置于暗室外的转速扭矩测量装置(11)、测功机(12)、测功机电源(13)、控制器(16)、电驱动系统控制计算机(17)、频谱仪(14)、光耦隔离装置(15)，

其中电驱动系统为被测系统，置于暗室(1)内，包括高压锂电池组(2)、逆变器(4)、驱动电机(6)以及绝缘联轴器(7)和轴(10)，电驱动系统的所有部件通过铜基座(8)共地，铜基座下面垫有绝缘基座(9)，用于实现电驱动系统与大地的隔离；

测功机(12)为负载，测功机电源(13)用于给测功机(12)提供电源；

控制器(16)和电驱动系统控制计算机(17)为控制系统；

测量反馈系统包括线性阻抗稳定网络LISN(3)、共模电压电流测量电路(5)、转速扭矩测量装置(11)、频谱仪(14)；

电驱动系统控制计算机(17)用于设定目标转速和扭矩，并读取通过转速扭矩测量装置(11)反馈的电驱动系统的输出转速和扭矩，电驱动系统控制计算机(17)经控制器(16)控制逆变器(4)，同时，电驱动系统控制计算机(17)用于控制测功机(12)，实现不同负载情况下的测试；

高压锂电池组(2)与LISN(3)之间，以及LISN(3)与逆变器(4)之间均通过两根高压直流线缆相连，LISN(3)为电压测量传感器，其与频谱仪(14)相连，用于测量高压锂电池组(2)直流端干扰电压，逆变器(4)为DC/AC电源变换器，根据控制器(16)产生的控制信号进行PWM脉冲波调制，进行DC/AC转换；逆变器(4)与驱动电机(6)通过三相线缆相连，共模电压电流测量装置(5)置于逆变器(4)三相交流输出端，并与频谱仪(14)相连，用于测量获取三相线缆上的干扰发射电压或电流；驱动电机(6)与测功机(12)通过绝缘联轴器(7)和轴(10)相连，驱动电机(6)与测功机(12)之间没有电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟电动车辆运行状态的电驱动系统EMI试验系统，其特征在于：高压锂电池组(2)为双向直流电源系统。

3.根据权利要求2所述的一种模拟电动车辆运行状态的电驱动系统EMI试验系统，其特征在于：模拟测试状态分为驱动状态及能量回收状态两种状态；在驱动状态下，高压锂电池组(2)提供电能输出；在能量回收状态下，高压锂电池组(2)回收电能充电。

4.根据权利要求3所述的一种模拟电动车辆运行状态的电驱动系统EMI试验系统，其特征在于：驱动状态时，模拟的工况包括加速、爬坡、匀速驾驶；能量回收状态时，模拟的工况包括减速和刹车。

5.根据权利要求1所述的一种模拟电动车辆运行状态的电驱动系统EMI试验系统，其特征在于：设置了光耦隔离装置(15)，控制器(16)通过光耦隔离装置(15)与逆变器(4)相连。

Images