新能源汽车滤波组件(电动汽车动力总成解读)

导语：无论是传统汽车，还是新能源汽车，整车厂一般会有这样的要求：“转矩波动：±5@0~100rpm，5%@>100rpm。那么，究竟什么是转矩纹波呢？转矩纹波究竟会对纯电动汽车带来哪些影响产生转矩纹波的原因有哪些?

我们按如下几部分进行解读

1.?什么是转矩纹波？

2.?转矩纹波会对电动汽车带来哪些影响？

3.?转矩纹波产生的因?

4.?转矩纹波的测量

1.?什么是转矩纹波？

首先要明确一点，我们通常所谓的转矩并非是一个静态值，而是一个周期性扰动的量，这也说明了为什么整车厂RFQ中会有转矩控制精度的定义，如0~100Nm，转矩控制精度±5Nm，>100Nm，转矩控制精度±5%。

关于这一点，我们曾经在《?新能源电驱系统标准解读与拓展：?转矩控制精度?》也有说明。之前文章中，我们从理论角度，介绍了转矩电流计算模型和转矩能量计算模型，以此说明了转矩精度和系统参数、环境因素的关系，本文我们从实际应用角度对转矩精度做进一步的探讨，引入本文主题：转矩纹波。

那么，?什么是转矩纹波？

如刚才介绍，转矩?是一个与频率和振幅相关的数据，而我们通常所理解的转矩是经过平均或滤波之后的结果。如下图所示，?红色?表示电流，?蓝色?表示转矩。可以看出，在一个电流周期内，会有若干个转矩纹波按一定的幅值重复出现。

2.?转矩纹波会给电动汽车带来哪些影响？

如下图所示，红色代表的瞬态转矩，蓝色代表平均转矩，当我们把下图黑框中现象放大之后，可以发现：虽然平均转矩长期来看是稳定的，但是在此处存在一个高频、高幅值的转矩纹波，这进一步的会给整车/系统/部件都带来很大的影响，简单概括主要有以下几方面：

1）转矩纹波产生振动，进一步导致变速器内部齿轮、花键等啮合处因传递间隙的存在，产生冲击、异响，还会严重影响部件和系统的寿命耐久。

2）转矩纹波会对结构产生激励。一方面会产生系统噪音；另一方面可能会导致共振传递至驾驶室内。

3）转矩纹波的特性决定了其纹波振动频率会随电机转速上升，高速下会产生严重的whining。

除了上述几点原因之外，在新能源纯电动汽车的匹配应用中，更要注意对转矩纹波的控制，这主要由于电动汽车较传统车高的能量转化效率导致的。

我们都知道传统发动机传递效率一般在30%~40&，但是纯电动汽车的驱动系统其传递效率为85%~94%，这就意味着5%的误差影响会导致系统最高效率可达99%，这是不可能发生的。这就需要我们在纯电动汽车上更加重视对转矩纹波的控制。

那么，如何对转矩纹波进行控制呢？这就需要我们了解导致转矩纹波产生的原因。

3.?产生转矩纹波的原因有哪些?

转矩纹波主要来自于以下几方面：

交流电流特性

转矩纹波频率和幅值与电机绕组数和电流频率息息相关，随着相位数的增加，转矩纹波会缓和，但是频率会加大。关于绕线工艺对转矩纹波的优化，感兴趣的读者可以查查相关文章，有很多介绍。

控制方式（频率）

下图所示为不同控制方式下电压/电流/转矩的瞬态响应情况。可以明显的看出，采用PWM控制，电流波形很漂亮，且转矩纹波较小；当切换至6步之后，频率降低，电流波形变差，纹波明显。

谐波激励

对上述两种控制方式下的采样值进行FFT，在频域中对谐波进行分析，可以观察到不同频率下谐波含量对转矩纹波的影响。

电机类型，以及内部齿槽、磁铁的布置形式

以PM为例，当我们转动电机转子的时候，会有嗡嗡响声，这是因为永磁体和定子齿槽的相互作用，虽然说我们通过控制可以降低这种干扰，但是并不能彻底消除，转矩纹波仍然存在。

更多的关于转矩纹波的产生的原因，以及各因素背后的逻辑在这里不做介绍，感兴趣的读者可自行查阅。

4.转矩纹波的测量

转矩纹波不可避免，对整车影响又是多方面的，那么，?我们如何对系统的转矩纹波进行测量，以真实反映系统的性能呢？

这就需要我们选用一款非常牛逼的转矩传感器，重点关注以下几方面：?高精度、?高带宽、?高降噪。以下图简单说明，下图为三种不同带宽下转矩测量结果，可以发现，全带宽下的转矩幅值和频率清晰可见；而100Hz下，由于相位延迟导致了幅值信息有所丢失。

最后要提醒下，转矩纹波的存在，基本不会影响电驱动系统的输出能力，。以?下图说明这一结论。下图?所示是一个加速的过程，可以看到，随着转速的上升，电功率和机械功率都在上升，在这个过程中会有转矩纹波的产生，当我们放大这一区域，可以看到：?虽然转矩纹波产生，但是机械功率的变化仍然很平缓，并没有太大的差异。因此，我们更多地要重视转矩纹波?对NVH、耐久等性能影响。

Reference

Measurement?Introduction?from?Hottinger?Baldwin?Messtechnik?GmbH?(HBM)

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。

对于单位的聚丙烯的膜材料来说，它现在最高的电压一个微米大约是600V，能够承受的绝缘电压是600V，实际上在设计电力电阻膜电容的时候是不会用到它的极限值，会用大约是200V到240V之间，这是根据客户对产品寿命的要求或者对温度的要求会有一个范围。

通过这种方式来增加膜的厚度等等来达到产品高电压的需求，这是一个方面。第二，如果电压过高，我可能在电容里面会有一些串联的这种结构来达到增加电压。

对于大功率电力电子膜电容来说，它用的是聚丙烯这种材料。有一个非常好的特点自愈性能，自愈性能是这种材料本身所具有的一种特性。这个产品在制造的时候，我们会在这种称之为圆膜的这种金属化的圆膜上面喷射一层金属的铝。

它就是一个真空建设的方式，可能不是非常完美，它会有一些缺陷的地方，这个产品经过比较大的电流或者电压过来的时候，它的热量会积极在有缺陷的膜上面，它会让这层金属的铝挥发掉，挥发的过程会吸收很大的热量，保证了整个电容器产品的安全，这种特性在电力电子的膜电容上面就称之为自愈。

应用：

在新能源汽车的运用中，电机的驱动电路、转换电路、电池系统等都是它身影必在的地方。在电机驱动电路中，反向脉冲电压会因IGBT关闭时会出现，所以要并联几只薄膜电容器来作为直流滤波电容。而电源滤波电路在电池管理系统运用中，薄膜电容在高频滤波中会有更好展现。

薄膜电容器在诸如电子通讯、家电、电力电气化铁路、混合动力汽车、各种发电等多个行业有很好发展，这些行业发展在这几年发展迅速又势不可挡，直接推动了薄膜电容器市场进入一个黄金时期。

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