德国Scienlab公司提供的电驱动测试系统，能够实现对电驱动系统从各模块到整个系统的递进式测试，而且是全电气化的功率级仿真测试，该公司将通过上海北汇信息科技有限公司帮助中国汽车企业搭建完整的电驱动测试系统。

新能源汽车电驱动系统（见图1）的开发对业界来说是一个新的挑战，因为在传统的驱动系统开发上积累的测试规范和测试循环的相关经验并不能直接套用，并且需要新的流程。德国Scienlab公司提供的测试系统能够实现对电驱动系统从各模块到整个系统的递进式测试，而且是全电气化的功率级仿真测试。

电驱动系统的测试方法

典型的电驱部件大致由控制模块和电力电子功能单元组成，电池由电池管理系统监控和控制，逆变器由电动机控制器控制。总体来说，电驱动车辆由能量存储部件、能量转换部件和电动机组成，由整车控制器整体协调管理。德国Scienlab公司开发的电驱动测试系统有三种方式。

1. 信号级的测试

这意味着所有级别的输入和输出信号将由硬件在环（HIL）系统仿真和采集，包括通信信号、传感器信号和功率电子接口，例如电池单体的电压由各种高精密的电压源仿真。这种方式的最大优点在于可以排除减少大功率带来的风险，特别适合开发和验证控制器的软件逻辑。不同的测试用例很容易通过参数化的方式来创建，每一个测试可以精确复现。

采用电压信号级别的测试最大的优势在于控制单元软件算法开发，为确保测试复现和参数灵活修改，测试系统应尽可能避免大功率电信号出现。以电池管理单元（BMS）的HIL测试为例，为保证BMS正常运行，除了最重要的电池单元电压信号，还需要电流、电压及温度等传感器信号，以及执行器控制信号，必要时还需要热泵管理系统的信号。对测试系统来说，信号的精度和动态性是非常关键的因素，如果不能实现每个通道输出电压的高精度的控制，BMS电池剩余容量估算（SOC）则无法实现。

尽量保证电压源提供的最大电流尽可能小，从而保证测试系统在小功率下运行。假设需要模拟所谓负荷平衡过程，电源需要提供经过测试系统某种程度上软化过的电流需求，电流减少将会使得BMS算法开发、测试和验证都会变得很方便。

图２ 逆变器的功率级测试

2. 功率级（纯电气）的测试

随着新兴电力驱动技术的发展，对于单个电气部件的独立测试的要求日益迫切。从节约时间和成本的角度考虑，开发及测试过程的并行化无疑具有重要意义。因此，我们需要对电力－电气接口在纯电气层面进行适当的仿真以满足测试需求。

该方法涉及单个部件功能测试的完整信号流程，包含控制单元和双向的能量流动。此方案中电力电子模型运行于仿真器，可以实现部件级的输入和输出信号仿真及采集，以逆变器为例，将仿真到电池直流端和电动机交流端（见图2）。测试台架可在逆变器的控制单元及这些系统之间进行灵活选择。这种方法潜在的好处在于每个部件在并行开发的早期阶段能够被独立的完整的测试。由于软件参数和边界条件可灵活设置，包含负载测试，从静态负载到动态变化过程皆可任意配置，例如起动和制动工况的仿真及其他任意的驾驶循环均很容易实现。测试条件的柔性配置以及部件测试的独立性，可节约大量的时间和资金投入。

对能量存储而言，主要是对高压板载供电的相应接口进行仿真测试。在准确和可靠的能量存储测试系统的帮助下，可以通过适当的充放电的方式来实现高压板载供电。在测试过程中，还需要对电池管理系统、环境温度及冷却水调节进行同步的控制。由于测试项目具有高能耗的特点，还需要考虑适当的安全措施。

逆变器的情况会更复杂一些，一方面能量存储设备提供了的必要的直流电压，另一方面功率消耗汇聚到所连接的板载高压供电上来。这时候，对直流电源进行最简单的仿真就显得捉襟见肘，因为这样无法对动态过程进行准确的模拟。最好的解决办法就是通过测试台架控制电池仿真器的高速接口，在压毫秒级别仿真短时的渐变电流。逆变器的基本测试环境如图3所示。

传统测试方法中，往往将驱动轴和制动电动机连接到交流电线路上。如果使用仿真机的话，就可以在纯电气层面实现更灵活的解决方案。这种情况下，就可以使用电动机模型来决定逆变器所需的三相电流，并且电动机的位置和温度也可以进一步反馈给逆变器。采用这种方案，可以对真实电动机的等效行为进行建模仿真，不需要对电动机和逆变器模块之间的通信做额外处理。对电动机进行建模时，需要对测试项目中设备所能承受的极限情况进行考虑。对逆变器而言，电动机模型越逼真，效果越好，反之则认为模型是不够精细的。通过对电动机特性进行参数化，也可以让模型适用于甚至超越各种类型的真实电动机。这样，我们就可以通过快速的操作大大缩短研发周期。

上位机的自动化测试系统负责对测试用例和汽车通信进行控制。为保证测试台架的实时性，在测试台架和仿真器之间需要采用高速的通信方式。一种可靠的方式是使用双口随机存储器（RAM），使测试台架和电动机仿真器都通过高速串口访问同一内存。虽然对于存储能源而言，电池模型可以在自动测试系统上计算，但是电动机模型是只能在仿真机上运行的。电动机的动态控制需要模型在微秒级别进行更新，通过通信线来实现是不实际的。

除了已经提到的电动机仿真器外，系统中还包括了其他仿真器，例如针对充电过程的主仿真器、仿真车载供电网络的低压仿真器。另外，为保证测试系统运行的安全性，还需要连接测试平台监控器。根据实际需求，还有可能需要建立环境温度仿真的环境温箱和水冷空调。

其他概念车也可以采用这种方式测试，例如可以通过仿真的电力－电气环境对燃料电池车的电力－电气系统进行测试，通过适当的电力－电子设备，燃料电池的特性通过计算分配到设备上。根据被测对象的特殊要求，可以通过模块化的测试系统，布置不同的测试环境，也可以根据电路中的能源要求，按照仿真器的通用中间电路进行布置，系统中有能量损失时才从供电网络中获取。除了节约投资成本，该系统还可以节省实验室建造及后续试运行的费用。

3. 机电级测试

该方法为传统的测试方式，基于此方法部分或全部部件被集成和测试，不同的驾驶模式（2驱/4驱）可以在机械端仿真，测试过程中，相对简单的测试能量存储通过直流电压源仿真，复杂的测试通过电池仿真器仿真。

为了对电驱动系统整体进行测试和验证，所有独立的部件需要在一个测试台架上进行操作。与传统的驱动系统相比，电驱动系统的转速要高得多，并且转矩方向也是变化的，这需要新的测试安装和制动系统。这样的测试台架也可用于分析不同的驱动概念，比如双驱、全驱或者混合动力（例如增程式）等。

除了机械负载外，这些测试台架通常不使用真实的能量存储系统，主要是其能量受限并且测试工况难以复现。可以使用上文提到的功率级（纯电气）仿真系统，其参数化特性提供了极高的灵活性。

总结

相比传统的驱动系统而言，新能源汽车的电驱动在测试其部件时需要改变观念。首先，需要在信号级进行控制模块的早期测试；随后需要对每个部件进行独立的、纯粹的电气测试（功率级测试）；最后，需要进行完整的机电测试。这样可减少测试准备和开发的时间，使得开发成本也大大降低。