電子發燒友網報道（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，“我們現在越來越多地關注電驅系統的故障問題，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，電機驅動需要有一個更加完善的驗證模式，這是行業發展迫切需要的。

電驅失效的類型和風險

從根本邏輯來講，包括應用于新能源汽車上的電機，所有電機驅動都需要一定的電壓和電流才能正常工作，如果出現電壓不足或者電流不穩定的情況，驅動系統就可能失效，出現電機無法工作的情況。

不過，實際上電機能夠正常驅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動系統中功率器件的擊穿。

另外，電機驅動還有一些普通故障和輕微故障，比如電機控制器相關的故障，包括驅動電路損壞、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動系統瞬間掉電，但不會直接損壞電機系統。

對于新能源汽車而言，如果電驅失效，可能會出現幾大明顯的癥狀：
·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，當電機驅動出現故障時，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。

多維度提升電機驅動的穩定性

電機驅動系統的可靠性提升涉及電機、變速器、逆變器、IGBT、控制器等多個關鍵動力部件及集成部件的可靠性設計、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。其次是電驅的可靠性測試，包括載荷類型、環境因素、工作應力、工作因素等。為了較為完整地測試電驅，一般車廠或者方案商都會構建一套體系，而且也有可遵循的行業標準和國家標準。

比如，《電動汽車用驅動電機系統可靠性試驗方法》（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委員會。《電動汽車用驅動電機系統可靠性試驗方法》主要涉及在臺架上對電動汽車用驅動電機系統進行的一般可靠性試驗方法，包括可靠性試驗負荷規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動或電動機和發動機聯合驅動的電動汽車用驅動電機系統。試驗過程中，借鑒了汽車發動機可靠性測試規范，采用了定轉速、變化轉矩的工作模式，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，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建了一種新型的電驅動系統測試，用電力電子做一個耦合回路，側重于電機控制系統的測試，這樣可以搭建非常好的、全性能的測試環境。

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，我們現在就要去考慮損耗和飽和的問題；另外，我們要引發電驅故障模擬，從而驗證更加良好的控制算法。同時，隨著現在高性能驅動開發的要求，我們也在關注多電平的應用以及它的損耗發展，包括基于數據驅動的非參數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實工況，除了致力于提升電驅本身的可靠性以外，也需要著力提升對電驅的保護。良好的驅動電路使電力電子器件工作在較理想的開關狀態，縮短開關時間，減小開關損耗，對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。高質量的驅動保護電路則能夠提高系統可靠性，提高變換的效率，在開/關過程中減小開關器件應力，并降低EMI或EMC。這些方法可以從側面提升電驅的可靠性，也是非常有效的且必要的。

結語

電機驅動是發揮電動汽車性能重要的一環，同時也關系到了行車安全。通過王志福的描述不難看出，傳統電機臺架測試的方法可能會讓我們忽略掉一些電機驅動失效的情況，因此北理工電動車輛國家工程研究中心構建了一套新的測試系統，包括更豐富的測試工況，以及電驅故障更逼真的模擬。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系統的損壞。