电动车动力系统关键性能与测试需求

致力于提供LED、太阳能、EV/HEV、Battery等各类产品完整测试解决方案的致茂电子，针对电动车的动力关键零件驱动器(PEU)，提出从小客车到巴士？跑车的各种动力解决方案；并针对电动车各关键零组件，阐述各种零组件所要通过的环安规格检验，以及针对这些从车内关键零组件到外在充电设备等，提供一系列的自动化测试设备方案，协助整个智能电动车产业链的安规认证与整合。

电动车驱动器简介

致茂电子(Chroma)产品企划副处长周晏加指出，电动车(EV)动力系统的关键零组件，包含从车外充电站设备(Electric Vehicle Service Equipment；EVSE)，到车辆内部的车载充电器(Charger)、电池管理系统(Battery Management System；BMS)、DC-DC转换器、驱动控制器与马达等。

EV驱动系统的要求有控制、管理、可靠度、整合、成本与体积等五大面向。以驱控器PEU(Power Electronic Unit)来说，致茂PEU做到7.5W/cm3以上高功率密度设计，7.5kW/kg以上的轻量化设计，反应速度为50ms，并具备150W/cm2高效冷却及15年？15万公里的高可靠性。

从小型车使用的CP50(额定功率20kW、尖峰功率50kW)，轿车使用的CP80(额定功率35kW、尖峰功率80kW)，休旅车？商务车使用的CP120(额定50kW、尖峰120kW)，客货车使用的CP150(额定60kW、尖峰150kW)，到小巴士？跑车专用的CP180(额定功率70kW、尖峰功率180kW)。

若以致茂CP80 PEU搭上感应式马达(Induction Motor)之后，在6,000〜8,000rpm可发挥出65~150NM的扭力，实质转换效率为91%；如与永磁式马达(Permanent Magnet Motor)搭配则效率会更高。从这样的扭力转速曲线，配合车辆的重量、轴距、车轮等，去定义这辆电动车的各种性能、规格，从模型建立出所需要的操作区，并针对实际车子的应用状况去验证、调整后，进一步使车辆的行驶距离提高10%~20%。致茂也在实际的电动车平台上进行验证前述的模型与需求。

驱控器、充电站、转换器等检验规范

周晏加指出，电动车控制器安全需求上，需要符合以下要求：1.型式试验：如机械试验、电气试验、介电强度试验、内部温度、电压限制与符合EMC/EMI规范的电磁干扰测试。2.例行性试验：如绝缘试验、启动及连锁试验、最小输出及输出变化、电机电流控制。以及3.环境安规测试：如IEC60509防水、IEC60068防尘、ISO16750-3盐雾、ISO16750-3振动、ISO16750-4环温、ISTA project 2A落下测试，以及跟驱控器散热效率相关的Dyno Burn-in测试。

至于量产品则需做DC-Bus漏电流、过电压保护、接触阻抗、温度防护、额定？尖峰电流测试、低电压测试、烧机(Burn-In Test)、Hi-Pot Test(1,500Vac，<1mA)与绝缘阻抗(600VDC，>10Mohm)等性能测试。

周晏加列举致茂所开发电动车动力组件自动测试系统，包含DC-DC测试系统、驱控器？控制器测试系统、电池包测试系统、能源回收电池模块测试系统、电气安规测试系统、车载充电器测试系统、充电桩(站)测试系统。

以充电站测试系统(EVSE ATS)而言，依据SAE J1772 AC Level 2需求规划组成测试系统硬件架构，含交流电源、EVSE、测试治具、系统连接界面、阻抗模拟控制板、DVM、I/O card、示波器、交流负载等，以示波器显示电压上升下降波形，并有阻抗模拟控制板模拟电动车充电状况，已获得海内外像是台湾标准检验局所采购使用。

周晏加提到目前SAE J1772引用UL2231-2电网电压瞬变及波形失真测试，但对于充电过程遭无预期断电的动作未定义，他认为充电站业者不能只是提供跳电防护，因为半夜突然跳电后导致充电动作停止，会使得隔天车辆无法充饱足够的电力来行驶；应该追加像最短断电？失真不可受影响时间、最短断电可自动回复时间、最短断电手动回复时间，以及断电自动通知使用者。他也指出，大陆GB/T 20234.2-2011在控制引导信号(control pilot)规范上，不如国外法规明确。

致茂移动式公共充电站诊断测试系统方案，可针对各充电站以及电动车与充电站的兼容性测试。而整合性控制器自动测试系统包含：HCU (Hybrid I/O Control Unit)、MCU(Machine Control Unit)与VMS(Vehicle Manage System)。同时对于一部分电动车具备内建中小功率、慢速的车载充电器(OBC)，致茂OBC自动测试系统，支持EVSE Level 1、Level2充电规范，并满足QC/T 895-2011测试需求。DC-DC转换器自动测试系统，满足GB/T 24347-2009规范的功能测试。

驱控器？控制器自动测试系统，支持最大输出电流、输出电压、温度、再生能源测试、扭力？转速测试、能源效率、短路防护、接地防护等；被动零件测试方案则提供LCR Meter/Auto Transformer Test System、电解电容分析仪、可程序化HF AC测试仪、微欧姆阻抗测试仪、元件测试扫描仪与自动化测试系统，可应用于可变电阻、变压器、磁芯、电阻、继电开关、EDLC超级电容与电感等测试。

考量放电劣化与电气安规等品质问题

周晏加提到，电动车更需考虑零件于高压下的放电劣化问题，因为长期的电晕放电与温升，会导致材料质变造成绝缘劣化，最后产品损坏。透过耐压分析仪可依电压及判定条件进行放电程度分析，像电晕启始电压(Corona Start Voltage；CSV)、电弧放电启始电压(Flashover Start Voltage；FSV)与绝缘崩溃电压(Breakdown Start Voltage；BDV)。至于配线及连接器测试，则是使用交流？直流电源配合电子负载，来测试电流配线及连接器的耐电压？电流程度。

还有电动车所需的电气安规测试，需考量充电时闪电高压、功率级及配线的耐压绝缘度，以及UL、ISO、IEC、SAE等法规，电气安规测试在电动车产业已成为重要议题。目前电动车电池规范在UL2580第15及16章，电动车马达控制器及电池管理系统则在GB18488规范第5章第8与19节，充电设施则在UL2594的第44、49、54.1节，及UL2202的第47、51与57章均有规范。

电池安全测试方面，必须通过如振动、湿度？水分、冲击、落下、浸没及测试电池完整性的撞击测试；高温、无热管理循环、热冲击循环测试；短路、过充电、过放电、过曝高压防护等测试。在大安培？时电池会在频繁的浅充浅放下，在极柱附近产生过度频繁反应，造成温度特性不一致；除了采用工厂全机械？自动化生产，确保电池内部阻抗、温度等品质的一致性之外，还需保持电池单体工作温度的均衡性，并解决通风散热问题。

致茂的电池芯(单体)测试系统，提供CC充放电、CV充放电、CC-CV充放电、CP充放电、周期寿命测试、电容与内阻抗量测，量测电压的变化可计算出电池芯交流？直流阻抗，供品保抽样检验或产线一致性匹配应用。

同时电池的实际放电波形是不规则形，不同电池容量即便容量标示一样，因为材料及模块设计的差异造成放电效率不一致，导致电动车实际行驶距离也会不同；致茂以电池模块动态电流测试，针对电流应用动态充放电循环数量、行车动态电流取样并将记录存档，对于BMS而言会比实际路测更具比较性。

BMS电池管理系统的动态电流测试

因为材料差异及老化衰减，反覆的充放电后，部分电池芯会因为阻抗不同导致压差、容量不均的现象，造成电池组过度充电或过度放电而使电池组的寿命降低。

周晏加指出，一般稳态充放电测试是无法测试出BMS抗干扰特性，数百安培快速充放电电流，其磁力线与电压变动等改变，会对量测线路耦合而出现杂讯而回传错误值，通信回路可能因受干扰而法识别，且控制回路可能产生保护误动作。

BMS动态电流测试，是在电流电压快速变动下，测试BMS保护线路动作的反应。针对BMS的测试动态放电测试应用有：1.过电流保护功能；2.电池芯平衡装置；3.抗干扰性测试；4.电量？电流取样计算做验证。设计者需要考量BMS与电池的布线安排、电磁防护、电压基准点选择与 区块隔离(isolation)技巧来改善。

目前大部分电池测试机，在电脑软件中由电流值计算电量。因为数据传输速度有限制，常只到100ms，若是针对动态电流的容量计算，误差就会很大。致茂采用二次积分的计算方式，先在充放电机线路设计高速取样，得到积分之后再传回来做第二次积分，可以获得比较精准的电量值。在电池充放电能源回收测试上，可以针对双向转换电路、放电能量双路径、直流回收及电网回收做测试。

周晏加最后总结，当前新能源汽车技术尚未完全成熟，还有许多安全标准尚未被规范与长期验证，需要不断的以测试为手段，找出潜在风险以降低错误发生；若是在设计的初期，引进自动化测试系统验证产品，增加测试涵盖率及加速研发速度；同时量产线用精准的自动化测试系统验证产品，达到零故障率的要求。