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声明：本文为作者臭皮匠试验室（同微信号）授权发布，转载请注明出处。 导语："堵转"是纯电动汽车常见工况之一，是电驱动系统性能考核指标之一。那么1）什么是堵转？2）为什么要做堵转？和整车什么关系？3）如何定义堵转考核指标？又要如何测试？4）堵转的机理究竟是什么？ 关于"堵转"，分三部分，通过3W2H方法论来解读这个话题： 1. 什么是堵转？ 2. 为什么做堵转？ 3. 如何做堵转？ 4. 堵转的机理 5. 堵转的限制因素 1. 什么是堵转？ 堵转描述的是电机转速为0时，在一定时间内，在母线端子上仍然有足够电压保证扭矩输出的一种情况。由此可见，表征堵转的两个基本量：扭矩、持续时间。 下图以感应电机为例说明了堵转扭矩、额定扭矩和启动扭矩之间的关系。此时负载所需的转矩>电机可以持续输出的最大转矩（额定转矩），电机绕组承受了很大的电流，且转速为0。
图1 堵转扭矩、额定扭矩、启动扭矩关系示意图 2. 为什么要做堵转？ 堵转工况是纯电动汽车常见工况之一，堵转特性又是电驱动系统关键性能考核指标之一。 其描述的主要是1）在一定坡度路面启动、停靠，2）驾驶员拉手刹踩油门，3）车轮被马路牙子等卡死，4）变速器由于换挡系统或齿轮胶合导致的卡滞等工况。此时驱动电机系统输出轴被抱死无法正常运转而处于堵转状态。 3. 如何做堵转测试？ 根据上述所涉及的堵转工况，通过仿真识别出最恶略的工况，以此来定义堵转扭矩和持续时间；但通常而言，国内整车客户会选择峰值转矩的60%~80%，持续时间5~15s作为堵转目标，同时确保试验后额定功率点正常运行。 具体测试方法一般参考GBT 18488.2中的定义，如下图：
4. 堵转的机理 下图是某EDS在堵转工况下的定子绕组电流分布的测试结果。可以看出，三相绕组电流幅值分布不均匀，且呈直流分布状态。为了解释这个现象，这里简单引入下 PWM原理 、 三相桥臂的开关状态 和 电压空间矢量图 的概念。
图2 三相逆变电路堵转时输出的稳态直流电流波形 这里以SVPWM技术为例。SVPWM是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形，目前永磁同步电机控制常采用7段式SVPWM。当PMSM在正常工作时，三相定子电流矢量相位之间互差120°，三相电流如下式所示：
其中I为三相定子电流幅值；θ为转子位置，即定子电流矢量与参考轴（A相电流方向）之间的夹角。由此可见，正常工作时三相电流为对称的正弦交流电流，如图3所示。
图3 三相逆变电路正常输出电流波形 SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。 由于IGBT三相桥臂共有6个开关管，其组成的八个基本电压空间矢量图如下：
图4 电压空间矢量图 当堵转时，电机转速为零，输出机械功率为零，此时动力电机会处于上图的某一区域，输出电流的波形将由 图2正弦波形 转化为 图3 直流电且电流稳态幅值不相等 。 其根本原因是 ：转子磁场位置被固定，定子电流矢量也将被固定在对应的方向上，此时存在堵转饱和效应，即永磁体转子产生的磁场对各相磁路产生不均衡的影响，进而导致三相定子电流不再是正弦电流，而是直流电流，且电流稳态幅值不相等。 此时，若车辆动力蓄电池仍在为电动机逆变器供电，电功率以发热的形式消耗在驱动电机系统中，造成IGBT和绕组温度的急剧上升。由于IGBT热容性差，会先于电机被考察，待其通过后，电机的考察就紧随其后。 5. 堵转的限制因素 通过对堵转机理的理解，以及对实测过程的监控，可以看出，与堵转性能直接相关的系统级参数：电压、电流、环境温度和水温、频率、电机电控温度阈值的设定等。篇幅有限，关于这一块内容本次不做展开，我们后续再聊，对于感兴趣的点也可后台留言。 |
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