電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）近日，北理工電動車輛國家工程研究中心主任王志福在演講中表示，“我們現(xiàn)在越來越多地關(guān)注電驅(qū)系統(tǒng)的故障問題，比如短路、斷路、失磁、軸承損壞，這些都會導致車輛的致命性問題，不夸張地講，比鋰電池著火還要嚴重，雖然失效的概率非常低。”

他認為，電機驅(qū)動需要有一個更加完善的驗證模式，這是行業(yè)發(fā)展迫切需要的。

電驅(qū)失效的類型和風險

從根本邏輯來講，包括應(yīng)用于新能源汽車上的電機，所有電機驅(qū)動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)動系統(tǒng)就可能失效，出現(xiàn)電機無法工作的情況。

不過，實際上電機能夠正常驅(qū)動受到很多方面的影響。一般而言，電機本體的故障基本上都屬于致命故障或者嚴重故障，包括電機定子繞組故障、定子鐵心故障、轉(zhuǎn)子本體故障、電磁氣隙偏心等電機本體故障。致命故障或者嚴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斷相運行等電機逆變器相關(guān)故障，以及主電路欠壓、母線過電壓和過電流等保護電路故障。這些故障的發(fā)生可能導致電機停機、過熱、加速老化、電模塊擊穿等故障。比如電路保護功能故障導致的過電流，非常容易造成電機驅(qū)動系統(tǒng)中功率器件的擊穿。

另外，電機驅(qū)動還有一些普通故障和輕微故障，比如電機控制器相關(guān)的故障，包括驅(qū)動電路損壞、相電流采集單元故障、速度采集單元故障等，這些故障可能導致電機驅(qū)動系統(tǒng)瞬間掉電，但不會直接損壞電機系統(tǒng)。

對于新能源汽車而言，如果電驅(qū)失效，可能會出現(xiàn)幾大明顯的癥狀：
·汽車啟動困難：這是電機故障最常見的情況，就是啟動時電機一直報故障，車輛無法正常使用；
·行駛中瞬間掉電：這是最危險的情況，瞬間掉電也就意味著瞬間失速，在高速場景下極易發(fā)生慘烈的事故；
·動力不足和異常噪聲：如果是電機本體方面的故障，初期會出現(xiàn)動力不足和異常噪聲的問題。
·剎車效果下降：這個主要是針對一些有動能回收的車輛，當電機驅(qū)動出現(xiàn)故障時，剎車制動功能將受到影響，可能導致剎車失靈。

從具體癥狀來看，有時候汽車電機驅(qū)動失效確實會威脅到駕乘人員的生命安全。

多維度提升電機驅(qū)動的穩(wěn)定性

電機驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性提升涉及電機、變速器、逆變器、IGBT、控制器等多個關(guān)鍵動力部件及集成部件的可靠性設(shè)計、仿真與驗證工作。

首先就是電機的可靠性驗證，包括工況多樣、多物理場、極端條件等多方面的驗證。其次是電驅(qū)的可靠性測試，包括載荷類型、環(huán)境因素、工作應(yīng)力、工作因素等。為了較為完整地測試電驅(qū)，一般車廠或者方案商都會構(gòu)建一套體系，而且也有可遵循的行業(yè)標準和國家標準。

比如，《電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)可靠性試驗方法》（GB/T 29307-2012）是2013年6月1日實施的一項中華人民共和國國家標準，歸屬于全國汽車標準化技術(shù)委員會。《電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)可靠性試驗方法》主要涉及在臺架上對電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)進行的一般可靠性試驗方法，包括可靠性試驗負荷規(guī)范及可靠性評定方法。這些試驗方法適用于最終動力輸出為電動機單獨驅(qū)動或電動機和發(fā)動機聯(lián)合驅(qū)動的電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)。試驗過程中，借鑒了汽車發(fā)動機可靠性測試規(guī)范，采用了定轉(zhuǎn)速、變化轉(zhuǎn)矩的工作模式，并選擇了3個不同電壓平臺。通過一系列的測試最終確保其在不同工作條件下的性能和安全性。

不過，王志福認為，對于電機臺架測試來說，比較成熟、比較常規(guī)，帶來的問題就是不同種類的電機類型需要不同電機類型的測試臺架，部分能量以機械能、熱能耗散而無法回收，能耗損失大。因此，北理工電動車輛國家工程研究中心構(gòu)建了一種新型的電驅(qū)動系統(tǒng)測試，用電力電子做一個耦合回路，側(cè)重于電機控制系統(tǒng)的測試，這樣可以搭建非常好的、全性能的測試環(huán)境。

王志福指出，“原來我們做控制的時候，會天然地忽略磁飽和、磁損耗，我們現(xiàn)在就要去考慮損耗和飽和的問題；另外，我們要引發(fā)電驅(qū)故障模擬，從而驗證更加良好的控制算法。同時，隨著現(xiàn)在高性能驅(qū)動開發(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)動的非參數(shù)模型預測電流控制方法。”

當然，測試方法再全面，也無法覆蓋所有的現(xiàn)實工況，除了致力于提升電驅(qū)本身的可靠性以外，也需要著力提升對電驅(qū)的保護。良好的驅(qū)動電路使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。高質(zhì)量的驅(qū)動保護電路則能夠提高系統(tǒng)可靠性，提高變換的效率，在開/關(guān)過程中減小開關(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。

結(jié)語

電機驅(qū)動是發(fā)揮電動汽車性能重要的一環(huán)，同時也關(guān)系到了行車安全。通過王志福的描述不難看出，傳統(tǒng)電機臺架測試的方法可能會讓我們忽略掉一些電機驅(qū)動失效的情況，因此北理工電動車輛國家工程研究中心構(gòu)建了一套新的測試系統(tǒng)，包括更豐富的測試工況，以及電驅(qū)故障更逼真的模擬。同時，我們也不能忽視保護電路的重要性，能夠降低一些意料之外的工況對電驅(qū)系統(tǒng)的損壞。