电机测试系统是如何进行耐久测试实验

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导语：带载温度循环耐久(Power thermal cycle endurance, PTCE)，反映的是动力总成在生命周期内温度循环条件下的运行寿命，与之前写过的高温运行耐久(HTOE)和机械疲劳耐久并列，为三合一电驱动系统寿命试验的“三座大山”。ISO16750/ISO19453中对此有所定义，但是"标准能否反映整车寿命?","整车寿命与PTCE又是如何等效的?"值得我们探讨。

为了回答导语中的问题，我们分四部分来解读这个话题：

1. 什么是PTCE？

2. ISO16750/ISO19453中关于PTCE的定义能否反映整车寿命?

3. 怎么定义PTCE，以等效于整车全寿命要求？

-PTCE考核对象和范围

-产品生命周期和负荷要求

-Coffin-Manson 加速模型

-PTCE加载曲线的定义

4. 展望

1. 什么是PTCE？

带载温度循环耐久(Power thermal cycle endurance, PTCE)，反映的是动力总成 在生命周期内温度循环条件下的运行寿命 ，与之前写过的高温运行耐久(HTOE)和机械疲劳耐久并列（#文章末尾有相关文章的传送门#），为三合一电驱动系统寿命试验的“三座大山”。

由此可知，EDS必须在整个测试运行期间承受与实际车辆寿命相当的损伤等级。这个所谓的"损伤等级"由两部分来确认：1)生命周期内的温度谱；2)生命周期内的里程数与载荷谱。因此，我们后续的分析都是基于这两个基本量来进行。

2. "ISO16750/ISO19453中关于PTCE的定义能否反映整车寿命?"

ISO16750-4 5.3.2 和ISO19453 5.2.1 中关于带载温度循环耐久(PTCE)的要求类似，均源于IEC 60068-2-14，所不同的是对一个温度循环中持续时间的定义。

本文仅参考ISO19453进行说明， 详细 测试方法如下:

其中，关于温度循环加载曲线定义如下：

其中，关于mode的定义如下 ：

测试通过指标如下 ：

划重点：高温下运行电负荷、典型工况、>30min，33次循环。

那么问题来了：ISO16750/ISO19453 能否覆盖整车的工况和寿命需求？答： 从目前了解信息来看，两标准虽较GB/T 18488有所强化，但是仍不足以表征整车生命周期内温度循环条件下的耐久寿命。具体原因见后续分析。

那么?，"究竟要如何对带载温度循环耐久进行定义，可以等效整车全生命周期呢？"，这就引出下面两个话题。

3. "怎么定义PTCE，以等效于整车全寿命要求?"

在回答这个问题之前，首先对PTCE的目的、范围和对象做下解读。

带载温度循环耐久(PTCE)，顾名思义， 反映的是整车 生命周期 内，在经历 一定次数 的外部 温度变化 后， 子系统及其组件 带载运行中的耐久性能 。因此，从关键词中可以在设计试验之前，要明确两个问题：

1). 从EDS角度，明确PTCE的考核对象和范围

2). 从整车角度，明确产品寿命周期和负荷类型

考核对象和范围

从PTCE的定义可以看出，其模拟的是系统和组件在热-机械应力作用下的老化情况，因此，PTCE的主要考核对象和失效模式如下：

-功率器件和电子器件的焊层和焊点

-电机绕组绝缘层

-电机绕组焊点

-密封圈的粘结层

-轴承的润滑和形变

-油封疲劳老化

-壳体疲劳开裂

-齿轮的焊接

-……（#欢迎留言补充，集思广益#）

生命周期和负荷要求

从整车角度来看，产品的生命周期和负荷要求主要有以下几方面：

? 寿命里程，如15年30万公里

? 主要目标对象及用途：28~35岁上班族，假设每天往返，单程路程1小时

? 路谱信息：工况要求及对应的时间和循环数，据此计算获得总的运行时间，一般为7000~10000h

? 温度谱信息：一般来自整车输入，或者参考标准根据安装位置进行定义，下图为示意说明；

据此，我们可以计算获得产品的"寿命"目标：

→ 设计寿命：15年

→ 运行寿命：2*365*15=10950h

→ 温度循环次数：2*365*15=10950 cycle

→ 存储寿命：24*365*15-10950=120,450h

到此，我们对EDS在全寿命中的服役环境和周期有了初步定义，但是 台架不可能执行全寿命的测试 。因此，为了提高试验效率、降低时间和费用的成本，我们引入适用于温度循环试验的加速模型：?Coffin-Manson模型.

Coffin-Manson 加速模型

计算公式如下：

其中：

? ΔT_Field，指的一个循环中平均的温度差异，一般由整车来定义，本文案例是40℃；

? ΔT_Test，指的是温度谱中最高温度和最低温度的差值，本文案例是80℃-(-40℃)= 120℃；

? C，是CoffinManson系数，由整车厂定义，指的是温度变化的加速度常数，这个常数和失效模式相关；

上述三个参数清楚后，可以获得A_CM值为15.59。根据该数据，结合第3部分获得的寿命相关的温度循环次数：10950，则可以根据下面公式获得加速后的循环数为702次。

循环次数确认了，下面来确认单个循环所需要的时间。

假设温度变化速率为4℃/min，高低温温度保持时间>15min；考虑到零部件条件温度的浸透时间，额外增加15min，因此，总的高低温温度保持时间均为30min，则可以根据下面公式获得单个循环时间为120min。

综上，总的PTCE运行时间为702*120min=1404h。

PTCE加载曲线

根据上述分析，可以得到详细测试循环曲线如下图所示（#请放大查看#）：

其中, II.a 代表被测样件不带载工作，II.c代表被测样件带载工作。

综上，导语中的问题有了答案：

1）ISO16750/ISO19453标准中对带载温度循环耐久的定义不能覆盖整车全寿命；

2）可以依据整车生命周期和负荷要求，通过Coffin-Manson模型对PTCE耐久加速，完成PTCE试验的等效设计。

4. 展望

PTCE试验设计的拓展

上述案例上述案例相对简单，实际PTCE的设计应用中，还需考虑以下几个方面：

a). 水温温度谱：如果考虑水温温度谱，试验应该如何定义？

b). 驾驶模式：本文仅考虑驱动模式(driving)，如果有充电(charging)、驻车(parking)等模式，需要如何考虑？

c). 温度变化速率：一般由整车定义，如若没有可以通过前置试验，这个试验要怎么做？

d). HVDC端电压：可按照一定比例的"最高电压-额定电压-最低电压"进行分配。

PTCE评判标准的定义

标准中对测试pass的评价标准定义就一句话，如下：

这显然是不够的，国外主机厂一般会在leg最后增加关键参数和泄露测试，以验证其机械部件、功能和性能的完整性。那么问题来了，这里面具体是指的哪些测试呢？为什么要做这些测试？留给我们思考。

写在最后：

关于PTCE和HTOE，在现有标准和文献中并没有系统性的表述可供参考，以上内容是根据多方面碎片信息，结合标准和工作经验做的总结，有理解不对或片面的地方，请指正，非常期待能听到大牛们的意见！

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

1、检测项目

新能源汽车驱动电机永磁同步电机整机系统可检测电机交流耐压、绝缘电阻、直流电阻、热敏阻值、反电动势，可选配匝间耐压、空载性能，其中空载性能可分别检测驱动器输入端和驱动器输出端数据。

2、检测过程

将永磁同步电机与检测设备连接好，按动启动按钮即可一站式检测所有设定参数。

3、检测结果

此种测试可所有项目一键测试，减少测试工序和人员，降低企业成本，且所有测试数据均自动存储，对接MES系统，实现数据交互共享。

二、交流异步电机检测

1、检测项目

可检测交流异步电机整机，检测项目与永磁同步电机相同。

除此之外，交流异步电机与永磁同步电机均可一站式检测电机常规性能及可靠性能，主要测试项目为堵转性能、温升试验、短时过压试验、短时过流试验、短时过转试验、超速试验、输入电参测量、输出机械参数测量及效率等，统一称这种检测仪器为测功机。

2、检测过程

将电机放置于测功机机头，按动启动键即可检测。

测功机适用于实验室电机研发、生产、质量认证，广泛应用于新能源汽车行业、航空航天、科研院校及电机生产厂家，为用户自主研发提供硬件测试保障，协助用户完善设计方案，验证产品质量。

三、汽车动力总成检测

1、检测项目

新能源汽车驱动电机汽车动力总成测试主要测试项目有：交流耐压、直流耐压、绝缘电阻和接地电阻。

2、检测过程

将电机与检测设备连接，即可检测。

新能源汽车检测一般检测的零部件有CO2空调管、尼龙波纹管、冷水板、电机、水泵、水阀、控制器壳体、电堆、氢气瓶、高压管路、单向阀等，那检测这些零部件的安全性会用到什么样的试验机设备呢？

部件及总成散热系统测试台架，是根据电动汽车中的电池系统，电机运行及控制总成进行散热性能测试，对整个系统进行实时监测，模拟车载散热系统运行工况，及车载空调、控制器、ECU通讯对整体性能以及控制策略进行分析评估，可直接与电动汽车整车进行通讯与测试，测试端口齐全，包括压力、温度、流量、散热功率、管路压力损耗、水泵扬程与流量曲线、控制器散热模拟系统等。

测试的对象是根据电动汽车中的电池系统，电机运行控制总成进行散热性能测试，模拟车载散热系统运行工况及车载空调，控制器，ECU通讯及整体性能以及控制策略进行分析评价，测试的内容有高低温，压力循环，流量控制，水泵测试，控制器测试，热源负载模拟这几方面。

沙砾冲击试验机，砂砾冲击试验机适用于外涂层粘聚性破坏试验、涂层系统中不同层间粘合性破坏试验、硬质玻璃材料的脆性厚度、抗剥落的优涂膜厚度、塑料及玻璃的抗剥落、抗碰撞、抗磨损测试等相关试验。

高低温冷却循环综合测试台，测试对象是电池包、车载电机、氢燃料电池膜及电极、新能源汽车散热系统、控制器、水泵等，测试内容有高低温、压力循环、流量控制、水泵测试、控制器测试、热源负载模拟、流阻测试这几方面。

水泵耐久测试台，测试对象是电动汽车中的水泵系统，对整个系统进行实际模拟，实时监测，模拟水泵实际运行工况，对水泵进行分析评价，测试内容有高低温，压力循环，流量控制，水泵测试，电压测试，压差测试，寿命耐久试验这几方面。

锂电池精密控压单元，气驱泵在高压空气的作用下，将低压试验介质进行增压，产生的高压介质的压力由输入气驱泵的空气的压力大小决定。高压介质一路进入试件，另外同时进入机械式压力表。当试验结束时，通过手动打开卸荷阀门，对系统压力进行泄放。

空调系统测试台架，主要是用于汽车转向管、刹车管、空调管、燃油管、冷却水管、散热管、暖风管、空气滤芯器软管、涡轮增压管、工程液压管、航空管、硬管或接头、换热器、空调器、 过滤器等各类压力脉冲测试，广泛应用于工厂、产品质量检验所、科研院校等的生产检验、开发研究等领域。

管路疲劳测试台架，采用模块化设计，互相独立而不影响，整体便于现场调度和售后维修服务；独立自控的排气系统，可以有效的排斥循环管路内的气体，从而确保试验下的压力平稳、无偏差的输出；具有试验中断保护功能；因某种原因必须中断试验，再次试验时可以继续当前的试验；对试验的相关设置参数进行保存，便于做相同试件、相同标准的试验时直接提取试验参数，不需再进行设置；安全措施：具有液位报警、泄漏报警、异常报警、过载保护、紧急卸压、安全停机功能；设备控制电脑上安装有远程协助软件，在设备出现故障时，通过远程协助软件，维护人员进行远程控制，进入到设备电脑界面，通过现场分析和控制结合，来达到分析和解决故障的目。

以上这些新能源检测设备就是我们生产研发的。

用于新能源行业的试验机有部件及散热总成测试系统，高低温冷却循环综合测试台，水泵耐久测试台，伺服液压站这几台非标设备，这是根据我这边日常常用的试验机设备，总结出来的，但肯定不仅这几台新能源设备的，这个要看用户所需新能源设备的用途，技术参数而定。

设备用途：部件及总成散热系统试验台是根据电动汽车中的电池系统，电机运行及控制总成进行散热性能测试，对整个系统进行实时监测，模拟车载散热系统运行工况，及车载空调、控制器、ECU通讯对整体性能以及控制策略进行分析评估，可直接与电动汽车整车进行通讯与测试，测试端口齐全，包括压力、温度、流量、散热功率、管路压力损耗、水泵扬程与流量曲线、控制器散热模拟系统等。

测试对象：电池包、车载电机、氢燃料电池膜及电极、新能源汽车散热系统、控制器、水泵等

测试内容：高低温、压力循环、流量控制、水泵测试、控制器测试、热源负载模拟、流阻测试

测试对象：电动汽车中的水泵系统，对整个系统进行实际模拟，实时监测，模拟水泵实际运行工况，对水泵进行分析评价。

测试内容：高低温、压力循环、流量控制、水泵测试、电压检则、压差检则、寿命耐久试验。

伺服液压站采用最新一代液压伺服节能方案，系统压力、流量双闭环，液压系统按照实际需要的流量和压力来供油，克服了传统液压系统高压溢流产生的高能耗，可以减少其保压时的50%以上电量损耗，达到大幅度节能的要求。

伺服系统特点:

1.系统配有大容量蓄能器，能为系统补充瞬间大流量，提高油缸动作的响应速度，还能吸收压力脉动、冲击，降低系统噪音

2.主控制方式：恒位移控制；伺服阀控制油缸的运动与高精度位移传感器形成闭环控制，实现油缸动作的恒位置输出，动作频率高、响应快、精度高达±1μm

3.辅助控制方式：恒压力控制；伺服阀与高精度压力传感器形成压力闭环控制，响应快、控压精度高达±0.1 bar

4.系统配有液位、温度、压差等实时监控反馈点，主机能实时控制系统的工作状态

5.系统在油泵出油口及油箱回油口配有高精度过滤器，满足伺服系统液压油的高清洁度要求

6.系统配置冷式冷却器，不受环境限制、方便设备布置，降低冷却水的消耗

7.系统响应快、集成度高；对于需要恒位置控制的油缸，其控制元件集成固定在油缸上，减小容腔效应，提高固有频率；

8.伺服油缸的输出端采用无间隙球铰连接，能自动定心，减少铰接中产生的附加侧向力，当长期使用磨损后，关节轴承径向游隙经过调整亦能消除

其他的新能源试验机非标设备，这个要看用户的需要而定制了。

1、杭州科迪科技有限公司

主营产品：测功机，水泵测试系统，负载箱，电源，电机出厂测试系统，电机定子测试系统，电参数测量仪。

地址：拱墅区宜家时代大厦2幢904室。

成立时间：2017-06-14。

2、杭州长牛科技有限公司

主营产品：电机测功机测试系统，电力测功机测试系统，新能源汽车电机测试系统，智能型电机定子、出厂测试系统。

地址：余杭区西部科技园C幢1楼。

成立时间：2021-01-15。

3、杭州诺轩测控技术有限公司

主营产品：测功机、电机定子、出厂测试台、电力测功机、电动汽车电机测试系统、变频器测试系统、起动电机、马达测试系。

地址：杭州市拱墅区总管堂东苑8号。

成立时间：2011-12-23。

4、杭州索川科技有限公司

主营产品：电机测试系统，电力测功机，电机定子测试，电机出厂测试，电动车测功机，电动工具测试，电机性能检测。

地址：杭州市余杭区良渚街道义马漾路5号南区四楼。

成立时间：2015-06-16。

5、杭州威昂科技有限公司

主营产品：各系列测功机、电机型式试验台、电机定子／出厂综合检测系统、电子水泵老化系统、水泵综合性能检测系统。

地址：拱墅区拱康路113号208室

成立时间：2017-03-20。