近日，北理工電動(dòng)車(chē)輛國(guó)家工程研究中心主任王志福在演講中表示，“我們現(xiàn)在越來(lái)越多地關(guān)注電驅(qū)系統(tǒng)的故障問(wèn)題，比如短路、斷路、失磁、軸承損壞，這些都會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛的致命性問(wèn)題，不夸張地講，比鋰電池著火還要嚴(yán)重，雖然失效的概率非常低?！?/p>
他認(rèn)為，電機(jī)驅(qū)動(dòng)需要有一個(gè)更加完善的驗(yàn)證模式，這是行業(yè)發(fā)展迫切需要的。
電驅(qū)失效的類(lèi)型和風(fēng)險(xiǎn)
從根本邏輯來(lái)講，包括應(yīng)用于新能源汽車(chē)上的電機(jī)，所有電機(jī)驅(qū)動(dòng)都需要一定的電壓和電流才能正常工作，如果出現(xiàn)電壓不足或者電流不穩(wěn)定的情況，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就可能失效，出現(xiàn)電機(jī)無(wú)法工作的情況。
不過(guò)，實(shí)際上電機(jī)能夠正常驅(qū)動(dòng)受到很多方面的影響。一般而言，電機(jī)本體的故障基本上都屬于致命故障或者嚴(yán)重故障，包括電機(jī)定子繞組故障、定子鐵心故障、轉(zhuǎn)子本體故障、電磁氣隙偏心等電機(jī)本體故障。致命故障或者嚴(yán)重故障還包括功率模塊故障、相電流傳感器故障、三相電源不平衡故障和電機(jī)斷相運(yùn)行等電機(jī)逆變器相關(guān)故障，以及主電路欠壓、母線過(guò)電壓和過(guò)電流等保護(hù)電路故障。這些故障的發(fā)生可能導(dǎo)致電機(jī)停機(jī)、過(guò)熱、加速老化、電模塊擊穿等故障。比如電路保護(hù)功能故障導(dǎo)致的過(guò)電流，非常容易造成電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中功率器件的擊穿。
另外，電機(jī)驅(qū)動(dòng)還有一些普通故障和輕微故障，比如電機(jī)控制器相關(guān)的故障，包括驅(qū)動(dòng)電路損壞、相電流采集單元故障、速度采集單元故障等，這些故障可能導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)瞬間掉電，但不會(huì)直接損壞電機(jī)系統(tǒng)。
對(duì)于新能源汽車(chē)而言，如果電驅(qū)失效，可能會(huì)出現(xiàn)幾大明顯的癥狀：
·汽車(chē)啟動(dòng)困難：這是電機(jī)故障最常見(jiàn)的情況，就是啟動(dòng)時(shí)電機(jī)一直報(bào)故障，車(chē)輛無(wú)法正常使用；
·行駛中瞬間掉電：這是最危險(xiǎn)的情況，瞬間掉電也就意味著瞬間失速，在高速場(chǎng)景下極易發(fā)生慘烈的事故；
·動(dòng)力不足和異常噪聲：如果是電機(jī)本體方面的故障，初期會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力不足和異常噪聲的問(wèn)題。
·剎車(chē)效果下降：這個(gè)主要是針對(duì)一些有動(dòng)能回收的車(chē)輛，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)，剎車(chē)制動(dòng)功能將受到影響，可能導(dǎo)致剎車(chē)失靈。
從具體癥狀來(lái)看，有時(shí)候汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)失效確實(shí)會(huì)威脅到駕乘人員的生命安全。
多維度提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性
電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性提升涉及電機(jī)、變速器、逆變器、IGBT、控制器等多個(gè)關(guān)鍵動(dòng)力部件及集成部件的可靠性設(shè)計(jì)、仿真與驗(yàn)證工作。
首先就是電機(jī)的可靠性驗(yàn)證，包括工況多樣、多物理場(chǎng)、極端條件等多方面的驗(yàn)證。其次是電驅(qū)的可靠性測(cè)試，包括載荷類(lèi)型、環(huán)境因素、工作應(yīng)力、工作因素等。為了較為完整地測(cè)試電驅(qū)，一般車(chē)廠或者方案商都會(huì)構(gòu)建一套體系，而且也有可遵循的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
比如，《電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)方法》（GB/T 29307-2012）是2013年6月1日實(shí)施的一項(xiàng)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，歸屬于全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)?！峨妱?dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)方法》主要涉及在臺(tái)架上對(duì)電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行的一般可靠性試驗(yàn)方法，包括可靠性試驗(yàn)負(fù)荷規(guī)范及可靠性評(píng)定方法。這些試驗(yàn)方法適用于最終動(dòng)力輸出為電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)或電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)。試驗(yàn)過(guò)程中，借鑒了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性測(cè)試規(guī)范，采用了定轉(zhuǎn)速、變化轉(zhuǎn)矩的工作模式，并選擇了3個(gè)不同電壓平臺(tái)。通過(guò)一系列的測(cè)試最終確保其在不同工作條件下的性能和安全性。
不過(guò)，王志福認(rèn)為，對(duì)于電機(jī)臺(tái)架測(cè)試來(lái)說(shuō)，比較成熟、比較常規(guī)，帶來(lái)的問(wèn)題就是不同種類(lèi)的電機(jī)類(lèi)型需要不同電機(jī)類(lèi)型的測(cè)試臺(tái)架，部分能量以機(jī)械能、熱能耗散而無(wú)法回收，能耗損失大。因此，北理工電動(dòng)車(chē)輛國(guó)家工程研究中心構(gòu)建了一種新型的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試，用電力電子做一個(gè)耦合回路，側(cè)重于電機(jī)控制系統(tǒng)的測(cè)試，這樣可以搭建非常好的、全性能的測(cè)試環(huán)境。
王志福指出，“原來(lái)我們做控制的時(shí)候，會(huì)天然地忽略磁飽和、磁損耗，我們現(xiàn)在就要去考慮損耗和飽和的問(wèn)題；另外，我們要引發(fā)電驅(qū)故障模擬，從而驗(yàn)證更加良好的控制算法。同時(shí)，隨著現(xiàn)在高性能驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的要求，我們也在關(guān)注多電平的應(yīng)用以及它的損耗發(fā)展，包括基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的非參數(shù)模型預(yù)測(cè)電流控制方法?！?/p>
當(dāng)然，測(cè)試方法再全面，也無(wú)法覆蓋所有的現(xiàn)實(shí)工況，除了致力于提升電驅(qū)本身的可靠性以外，也需要著力提升對(duì)電驅(qū)的保護(hù)。良好的驅(qū)動(dòng)電路使電力電子器件工作在較理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小開(kāi)關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。高質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路則能夠提高系統(tǒng)可靠性，提高變換的效率，在開(kāi)/關(guān)過(guò)程中減小開(kāi)關(guān)器件應(yīng)力，并降低EMI或EMC。這些方法可以從側(cè)面提升電驅(qū)的可靠性，也是非常有效的且必要的。
