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电池|电动车控制器与电机匹配性分析


来源 | 国家轻型电动车及电池产品质量监督检验中心
来源 | 电动学堂
1.控制系统现状及问题
目前 ， 一般国内控制器生产厂家对于各种电机都是按照统一的插件图去生产控制器 ， 而不会根据不同电机去改变主板上的元器件的值 ， 也就是说 ， 没有很好的将控制器和电机匹配 。 控制器与电机不匹配会造成下列影响 。
（1）电机系统效率降低
在控制器各项功能都能满足的条件下 ， 电机与控制器匹配达到最理想的效果为系统效率最高、消耗电流最小 。 控制器与电机测定的综合效率和数据 ， 应当符合该电机出厂时的特性曲线或接近电机原有的特性曲线 。 与特性曲线相比较差别较小的 ， 说明控制器与电机只是配合不理想；若与特性曲线比较出入较大时 ， 说明两者不匹配 ， 但也可能是电机出现问题 ， 应当查找清楚 。 控制器效率、控制器与电机配合后的综合效率 ， 是电动自行车一项重要指标 ， 不管哪一个效率低 ， 都会将有用电能变成无用电能造成浪费 ， 并影响续驶能力 。 控制器自身效率应当不小于95% ， 电机和控制器的综合效率应不小于81% 。
（2）车辆行驶无力常常会出现同一批的控制器在这家车子上有力 ， 而在另一家却无力 。 这是因为不同电机厂生产出的电机的磁阻、电气和机械时间常数有较大差异 ， 这些参数对电机的启动性能有很大影响 。 并且电动车启动有、无力与控制器程序设计时启动电流、堵转电流以及电机本身有直接关系 。
（3）控制器易损坏这主要是在市场上选择控制器时 ， 没有选择参数与电机相匹配的控制器 。 控制器额定功率过小 ， 其功率管的承受电流电压能力有限 ， 大功率电机的尖峰电流电压值比小功率电机高 ， 容易造成功率管击穿损坏 。 此外 ， 大功率控制器外壳一般较大 ， 散热效果也会更好 。 控制器电压高于电机 ， 虽然可使车速提高 ， 但是运行电流也会更大 ， 对控制器损害大 ， 而对电机而言 ， 耐热和耐压能力较控制器强 ， 但是电机容易发热 ， 久而久之会造成电机退磁 ， 缩短电机使用寿命 。
2.控制器与电机匹配数据分析
关于控制器与电机匹配的效率比对 。
（1） 试验流程
①将系统连线依次接好 ， 将功率分析仪连至控制器的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流 ， 将示波器连至控制器输出端 。
②调节稳压电源电压到被测控制器额定工作电压 。
③转动转把将电机速度调至最大转速 ， 记录空载下控制器的输入电压U1、输入电流I1、输出电压U2、输出电流I2、测功机输入功率P1、输出功率P2、效率值η 。
④改变负载 ， 记录电机20% ， 60% ， 100% ， 130% ， 200%额定输出功率时 ， 控制器的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、测功机输入功率、输出功率、效率值 ， 同时用功率分析仪计算电机相电流波形畸变率（失真度） 。
⑤计算控制器效率=（U2*I2）/(U1*I1)
⑥通过以上五步可判断出匹配后的系统效率情况 。
（2）试验结果
在控制器各项功能都能满足的条件下 ， 电机与控制器匹配达到最理想的效果为系统效率最高、消耗电流最小 。 控制器自身效率应当不小于95% ， 电机和控制器的综合效率应不小于81% 。 试验中 ， 我们选择相同类型（6管、电压48V、功率350W、限流17A）不同品牌控制器 ， 通过功率分析仪计算控制器效率 ， 再连接同一台无刷电机（48V350W） ， 在测功机上进行加载试验 ， 记录电机20% ， 60% ， 100% ， 130% ， 200%额定输出功率时 ， 控制器的输入电压、输入电流、转矩、转速、输出功率、输入功率、效率值 ， 比较各电机及控制器系统整体效率、控制器效率 。
试验数据图如下：
图1是正弦波控制器中效率最高的一组数据 ， 其中控制器效率达到98% ， 失真度最小 。 匹配性最好的一组数据 。


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