电机零位对电动汽车能耗影响研究

2019-10-24马爱国周秉福赵梓君

客车技术与研究 2019年5期

马爱国，周秉福，赵梓君，张鑫

(比亚迪汽车工业有限公司，广东深圳 518118)

永磁同步电机转子的位置信息直接影响着电机转矩、速度控制的精度和动态性能[1-4]。因此需要位置传感器来获得电机转子的准确位置，通常用旋转变压器实现。但永磁同步电机和旋转变压器的制作和安装误差通常使得旋转变压器的零位角与永磁同步电机的零位角存在偏差(即电机的零位初始角)，如果偏差过大，将直接影响电机的控制效果和运行效率，导致整车出现能耗大、噪声大、无动力输出等问题[5]。

本文通过对比分析基准零位与偏差零位(即零位不准)对整车能耗的影响，自主研发电机零位标定功能，从而提高电动汽车的控制效果和运行效率，实现高精度的扭矩控制[6-13]。

1 电机零位对电动汽车能耗影响研究

通过上位机分别标定电动汽车的基准零位值与偏差零位值，并对比分析功率、扭矩等数据的差异。

1.1 台架能耗测试数据

在基准零位值的基础上修改零位值，并将零位值标定入控制器中，测试不同零位对应的电机性能。

1)基准零位测试数据。基准零位正向驱动转速、扭矩、功率测试结果：峰值扭矩为576.6 Nm，峰值功率为147.4 kW。基准零位反向驱动转速、扭矩、功率测试结果：峰值扭矩为566.5 Nm，峰值功率为147.3 kW。

2)偏差零位测试数据。在基准零位值基础上修改零位值(-20字节、-40字节、-60字节，+20字节、+40字节、+60字节)，并记录正向驱动、反向驱动的峰值扭矩及峰值功率数据。对比可知，在基准零位的基础上偏差字节越大，电机发挥的性能越差。测试数据见表1和表2。

表1 基准零位负偏差字节测试数据

表2 基准零位正偏差字节测试数据

通过上位机标定基准零位值与偏差零位值后的功率、扭矩数据对比表明(如图1所示)：同转速下，原始零位电机的峰值扭矩和峰值功率更大；零位偏差会导致电机的峰值功率、峰值扭矩降低，进而影响电机的控制效果和运行效率，导致整车出现能耗大等问题。

图1 不同零位驱动转速扭矩曲线

1.2 实车能耗测试

为验证零位误差对整车能耗的影响，特选取我司2辆电动客车，并按照国标要求进行能耗测试。

用上位机按照表3标定实际电机零位，并与程序默认零位(未标定)进行能耗测试对比。通过实车测试数据可知：标定电机零位后， 4#车的百公里能耗比未标定的节省约1.02%，1#车的百公里能耗比未标定的节省约1.26%。

表3 电机零位值

综上，通过电机零位标定上位机将电机的基准零位标定到电机控制器中，可提高电动汽车的控制效果和运行效率，从而降低整车能耗，提高电动汽车的续驶里程。

2 电机零位标定方法及应用

2.1 电机零位标定系统要求

永磁同步电机转子的零位就是转子磁场方位的计量参考点，如果参考点误差过大，将直接影响电机的控制效果和运行效率。本电机零位标定系统目的是将电机的基准零位通过上位机标定到电机控制器中，提高了电机零位的准确性，从而提高了电机的运行效率；并且车辆是在静止状态下标定，防止因整车电机轴处于转动状态，电机转动的惯性和摩擦力增大，导致标定的零位不准。电机零位标定系统如图2所示。

图2 电机零位标定系统示意图

电机的零位参数通过条形码的形式体现在标签中，电机在供货的时候需要提供2个标签，一个贴在电机的最明显处，另外一个用于随车信息(封装袋之类)，便于电机零位标定。

电机的条形码必须涵盖以下信息：电机的安装位置、电机的型号、电机的序列号、电机零位、校验值，如图3所示。

图3 电机零位标定参数图

2.2 电机零位标定方法

1) 电机零位标定流程。通过扫码枪，获取电机条形码零位信息并传输给上位机或VDS 电脑，对电机零位进行标定，程序会将获取到的电机零位与基准零位进行比较，二者相差范围在±50内(包含50)，则认为此零位正确，并将其写入e2芯片，供驱动程序使用，且断电后零位不被擦除；若二者相差范围大于50，则认为该零位不正确，不将该零位写入e2芯片，程序使用默认的基准零位。

2) 电机零位标定注意事项。在动力总成出厂检测前(电机、电控、减速器集成方案)，车辆刚下线时(电机、电控分开方案)，更换电机或者更换控制器时(售后)，均需要进行电机零位标定。

2.3 电机零位标定功能在滑行测试中的应用

1) 滑行试验应用电机零位功能背景。新能源客车滑行阻力测试时，测试方时常会反馈测试结果不理想，相较于退电至OFF挡滑行，切换至N挡滑行时的阻力偏大。但退电至OFF挡滑行时，车辆高低压电会同时断开，导致控制器无法正常卸载关波，电机控制器不能自我保护，特别是在车速较高时如果退电至OFF挡滑行，由于反电动势较大，极易导致电机控制器损坏。

2) 电机零位对滑行试验影响测试。为了探寻切换至N挡滑行阻力大的原因，杜绝因滑行方法不当影响测试结果甚至损坏电机控制器，特在滑行测试前通过上位机分别标定不同零位值，并与退电至OFF挡滑行的数据相比较，需要研究电机零位对整车滑行阻力及能耗的影响。测试数据如图4所示。

图4 滑行阻力测试数据图

从图4中可以看出：标定基准零位后，滑行阻力与退电至OFF挡断电滑行时的数据基本一致，效果最好；相反，零位偏差较大，即零位不准，滑行阻力与退电至OFF挡断电滑行时的数据相差甚大。通过电机零位标定不准使电机无法实现高精度的扭矩控制，会对整车滑行阻力及能耗造成影响。通过电机零位标定，可使车辆滑行阻力测试效果更优，能耗更低。

通过将电机零位标定到电机控制器中，可实现高精度的扭矩控制，降低整车能耗，且此电机零位标定功能适用于所有电动汽车。