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技術通報 282期_淺談ECE R85電動車馬達性能檢測設計最佳的電動車 2022.05.24

淺談ECE R85電動車馬達性能檢測設計最佳的電動車
文／電磁相容部 周育奇 副工程師

這兩年來因疫情影響，使得人們生活習慣大大改變，如增加口罩防護，減少搭乘大眾運輸工具，大家轉而都添購非接觸人群之代步工具，如汽車，電動車與電動機車均已廣泛被社會大眾接受與選購。有鑑電動車被廣泛推廣，PMC持續投入車用馬達的性能之檢測，過往建置之能量目前已協助多家國內外車廠解決EMC問題，並克服設備昂貴問題，協助來執行國內VSCC56-3與國外ECE R10相關檢測業務，讓車廠順利取得產品上市許可。PMC團隊與檢測設備相關學者及業者參與設計討論，設計出具備簡易化架設的馬達性能檢測設備，來協助車廠業者執行國際相關歐盟標準ECE R85等等。

▋ 電動車分類
依照 ECE Consolidated Resolution on the Construction of Vehicles 將電動車以車輛大小型式分類為以下型式：
L 類車輛：
L1：指電動機車之馬達及控制器最大輸出馬力在5馬力以下，且其最大車速未逾50公里/ 小時之機車。如電動輔助自行車。
L2：指電動機車之馬達及控制器最大輸出馬力在5馬力以下，且其最大車速未逾50公里/ 小時之三輪機車（車輪為前一後二或前二後一對稱型式排列）。如三輪車。
L3：指電動機車之馬達及控制器最大輸出馬力逾五馬力，或其最大車速逾50公里／小時之機車。如電動機車。
L5：指電動馬達及控制器最大輸出馬力逾五馬力，或其最大車速逾50公里／小時之三輪機車（車輪為前一後二或前二後一對稱型式排列）。
M 類車輛：至少有4個輪子，且主要目的為載運乘客之動力驅動車輛。
N 類車輛：至少有4個輪子，且主要目的為載運貨物之動力驅動車輛。
O 類車輛：為拖車或半拖車。

▋ 車用馬達性能測試
由電動車的分類可定義，M類與N類車輛的內燃機或電動馬達車適用馬達功率測試標準為ECE R85。而L 類車用馬達如車速低於25公里/ 小時，則適用於EN 15194。如車速高於25公里/ 小時，亦適用ECE R85，以下將以車速高於25公里/ 小時之電動機車馬達來說明ECE R85標準要求，其主要檢測項目為淨功率量測與最大30分鐘功率量測。
1. 淨功率量測
(1) 馬達及其整個設備組件必須在25° C±5° C以下溫度下調節至少2h。
(2) 淨功率測試應包括在功率控制器完全設置的情況下進行的運行。
(3) 在即將進行測試之前，電動機應在工作台上運行3分鐘，以提供功率等於最大30分鐘功率的80％或最大峰值的80％，在製造商建議的速度範圍內，與確定的功率範圍內，完成此運行後，開始進行功率測試。
(4) 應在足夠數量的電動機轉速下進行測量，以正確定義電動機的轉速。功率曲線介於零和製造商建議的最高電動機速度之間。
(5) 整個測試應在5分鐘內完成。

2. 最大30 分鐘功率量測
(1) 馬達及其整個設備組件必須在25° C±5° C以下溫度下至少持續4h。
(2) 以製造商提供最大30 分鐘的功率測試，該速度必須在一定的速度範圍內( 該速度應由製造商推薦)，其功率以測得的最大淨功率的90％。
(3) 記錄速度、扭矩和功率。功率必須與測試一開始時的功率誤差在±5％範圍內。
(4) 執行30 分鐘，取該功率的平均值。

▋ 測試結果與紀錄
以ECE R85 範例表一、表二，詳加記錄測試時間、環境溫溼度、大氣壓力、測試人員、量測儀器等等。來確保檢測品質。以PMC 研發的4000W 車用馬達為例，其範例表一如下。


實際測試架構如圖一，馬達出軸（左邊位置）直接對接負載馬達（右邊位置），並透過連接扭力計（中央位置）及時計算扭力值。



1. 淨功率量測
由最大淨功率量測圖二可推得知，此研發的馬達最大轉速(1) Max. Speed 為4600rpm，最大功率(2) Max. Watt Out 為約4000W 在2500rpm 時出現，最大扭力(3) Max. Torque 受限在17.63Nm 於1500rpm 時出現。



2. 最大30 分鐘功率量測
由測得的最大淨功率圖二推知曲線與廠商自行測試的相同，擷取90% 的最大功率值(4) 即3600W，當下轉速約3300rpm，以此功率點作為執行最大30 分鐘功率量測基準，其測得時間功率圖如下圖三。記錄及時速度、扭矩和功率。此功率必須在測試開始時的功率誤差在±5％範圍內，即3600W ±5％。



最後將兩次量測值記錄於表二，並記錄當下電源供應器、電子調速器型號、水冷或氣冷、輔助散熱風速等等。



▋ 結論
PMC 建置的馬達動力檢測技術，可以協助客戶找出設計的瑕疵，如馬達組裝品質不良的干擾，控制器的輸出入設計，馬達性能不足等等。PMC 會先提供車廠研發人員相關的馬達設計課程與教育訓練，並提供專業的諮詢協助完成開發過程中遭遇的問題，並以廠商立場來考慮如何降低廠商設計成本。協助客戶針對問題找出對策，同時在產品開發過程中提供先期預掃測試，避免產品開發完成後難以修改的困境。
 
開發中馬達，常遇到問題為如何確保馬達的性能？與如何確保最大功率能正常發揮？
例如：韌體版次不一致，易造成性能無故被程式限制，或是轉速提不上來。如圖四、TN 圖型，同一款馬達，轉速相差至少500 rpm。最大功率也會被受限如圖五、功率轉速圖型。其他如驅動器硬體版本不同，可能導致溫度開關被限制、轉速上限被限制、扭力上限被限制、最後是電壓上限被限制，皆是影響馬達最高轉速與最大功率測試結果。




目前PMC 已取得ECE R85、ECE R10、 EN 15194、IEC 60034-1 等測試資格，將持續加強整合性服務與符合國際標準，以加快協助廠商產品合格上市。

▋ 參考文獻
1. Status of united nations regulation ECE 85-00 Uniform Provisions Concerning the Approval of: Internal combustion engines or electric drive trains intended for the propulsion of motor vehicles of categories m and n with regard to the measurement of the net power and the maximum 30 minutes power of electric drive trains
2. Status of united nations regulation ECE R10 Uniform Provisions Concerning the Approval of : Vehicles with Regards to Electromagnetic Compatibility.
3. EN 15194 Cycles - Electrically power assisted cycles - EPAC Bicycles
4. IEC 60034-1 Rotating electrical machines - Part 1: Rating and performance
   

   
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