新能源汽车电机逆变器Power HiL测试方案

新能源汽车电机逆变器Power HiL测试方案

新能源汽车电驱动系统的开发对业界来说是一个新的挑战，因为以往在传统的驱动系统开发上积累的测试规范和测试循环的相关经验并不能直接套用，并且需要新的流程。这是因为高电压部件的出现以及其要遵从国内和国际法规（比如ECE-R 100）和标准（比如IEC 61851）。汽车E/E 系统必须同时具备实用、耐久、安全、紧凑、轻量化以及高效的功率和低成本这些特点。这些要求施加了高复杂性，尤其在系统级别上。

随着测试技术的进步，Power-HiL的出现电子部件的LV-HiL及网络测试的之间的空缺。Power-HiL方法能够进行控制接口的仿真，和高电压、高电流、高功率的仿真，这些是与实际应用情况精确吻合的，并且是可以复现的。任何现实中缺失的部件都可以使用各种高电压的模拟器代替。它们能够按照特定模型、系统特定硬件和实际工作点，来生成相应的电压和电流。特别地，这种Power-HiL 的方法能够使得部件在不影响其他部件的情况下一直工作在特定工作点下。

德国Scienlab能够实现对电驱动系统从各模块到整个系统的递进式测试，而且是全电气化的功率级仿真测试。在过去的几年中，Scienlab的Power-HiL 测试环境成为了测试电力电子车辆部件系统的非常成功的产品。典型的应用领域包括能量存储、逆变器、充电技术以及车载电气系统和动力传动系统。

系统组成：

针对新能源汽车电机逆变器的实际特点和工作需求，Scienlab逆变器提供一个优化的测试方案，通过高品质的电机模拟器及电池模拟器仿真逆变器实际的交流和直流工作环境，对逆变器的软件和硬件进行功率级的测试，同时作为一个开放的平台，支持汽车行业主流的HiL系统（如dSPACE、ETAS、MicroNova等），支持主流的环境温仓。为了保护被测的逆变器、测试台架以及人员安全，Scienlab 还有专门的独立的安全保护系统来确保安全。

一、电机模拟器

电机模拟器可以模拟三相电机的电气特性，因而可以在没有真实电机的情况下对牵引逆变器进行操作和测试。电机模拟器可以工作在速度模式及负载转矩模

式下。Scienlab基本款的测试台架提供了一个180KW功率的电池模拟器和150KW功率的电机模拟器。电池模拟器的功率可以翻倍到360KW，电机模拟器的功率可以翻倍到300KW。所有的参数值都是连续的功率值。

电机模型是在电机模拟器内部实现的。电机模拟器是四象限系统，可以模拟电机在正转或者反转时的正向工作或者反向工作。可以模拟永磁同步电机（PMSM）、异步电机（ASM）、开关磁阻电机等汽车常用电机。

电机模拟器还包含了一个用于模拟转子位置传感器的传感器模拟器以及电机温度的模拟。电机的类型、模型参数、安全限值、以及传感器模拟器的类型及参数，都可以由客户通过HiL来定义，也可借助触摸面板实现本地控制。

故障模拟：

如果逆变器内部或者电机、电池发生故障，逆变器必须正确地作出反应。这种反应必须是可以测试的，因此测试台架必须允许在试验装置中进行故障注入。

Scienlab的测试台架可以模拟多种故障状况。故障可以通过参数进行激活和调整。包括电机三相线的断路和短路、电机温度、电机堵转、电流和转矩超限、转速超限、传感器故障、电机阻抗变化、退磁、机械故障等。

在进行故障模拟时，模拟器的电流、电压等限值始终是激活的，因此就能在超限时，保障测试台架安全。

二、电池模拟器

电池模拟器模拟各种电池、能量存储设备和高压直流母线上的电子负载的电气特性，对于高质量的逆变器测试而言，是必不可少的部分。Scienlab电池模拟器的输出电压和电流的变化具有出色的动态特性，这样就可以在随着直流负载变化而转换的真实直流电压下进行逆变器的测试。

电池模型是在电池模拟器内实现的。模型类型、相关参数和安全限值都是由客户通过HiL定义的，也可借助触摸面板实现本地控制。

电池模拟器可以工作在恒定电压、恒定电流、恒定功率等不同的模式下。

三、环境模拟

如果用户需要对环境的模拟，Scienlab可以在Power-HiL测试台架中提供和集成各种类型的温度和环境仓。逆变器冷却和调节都是由环境仓来实现的。

如果不要求环境模拟，Scienlab提供了一个测试台，可以方便安全地适用于任意高电压部件。这个测试台的搭建在EMC兼容性方面是非常理想的。它提供了所有必需的高压和低压接口，以及冷却相关的联接。它的设计确保了可以快速地更换不同的被测对象。门磁开关和锁止机构确保提供必需的安全性。测量传感器可以直接集成在测试台中。

根据测试用例的要求，温度和环境可以分别控制。这些也包括与所有HiL部件的连接工作。交流和直流电源的所有电器连接器，以及传感器/通信信号、低压温度信号和冷却水源都是在环境仓或者EUT rack内与逆变器进行连接的。因此更换不同的逆变器测试时，只需要费很少的力气进行安装。

四、测试设备

电机模拟器及电池模拟器都将内部的测试数据提供给通信接口。电池模拟器的内部测量是特别精确的，因此不需要外部的测量设备。电机模拟器端的功率测试需要使用外部的测量系统。Scienlab也可以根据需要提供合适的测量系统。

五、安全设备

Scienlab提供一个独立的台架保护系统负责安全性。需要基于风险分析定义安全矩阵，比如环境仓的门必须先闭合，然后高电压信号才被允许闭合。通过独

立的安全PLC进行实施。与防火警报、商业楼宇控制等有接口。主动安全特性来保护各种风险情况。