新能源汽车多合一压缩机控制器性能测试规范

前言

文档版本：V1.0

编制部门：硬件

适用对象：集成PMSM压缩机驱动+高压PTC加热一体化压缩机控制器

目的：规范新能源多合一压缩机控制器性能测试的台架条件、测试项目、操作步骤、判定准则、数据输出要求，验证控制器在额定及动态工况下控制精度、效率、跟随性、带载能力等核心性能指标，为产品设计验证、样机测试、量产检验提供依据。

适用范围 ：本规范适用于样机DV/PV阶段、量产抽检阶段的控制器性能测试；本规范仅覆盖性能测试，安规、可靠性、故障保护、EMC测试不在本规范内。

1 引用文件

1. GB/T 31467.2 电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第2部分：试验方法

2. GB/T 18488 电动汽车用驱动电机系统

3. 产品规格书：《多合一压缩机控制器硬件规格书》

4. 硬件原理图、BOM、控制器硬件框图、软件

2 术语与定义

1. PMSM：永磁同步电机，压缩机本体

2. FOC：磁场定向矢量控制

3. THD：总谐波畸变率

4. MAP图：转速-转矩-效率特性图谱

5. 多合一控制器：集成压缩机SiC驱动、高压PTC加热驱动、高低压隔离电源、CAN通讯、多路采样的一体化控制器

6. 阶跃响应：给定指令突变后，被控量（转速/功率）的动态跟随过程

7. BEMF：反电动势，永磁电机转子旋转在定子绕组感应产生的电压

8. 平衡压：压缩机吸排气冷媒压力基本相等，压差接近0

9. 大压差：压缩机吸排气侧冷媒存在较大压力差，产生反向阻力转矩

3 测试前置条件

3.1 试验环境

1. 环境温度：25℃±5℃；湿度：20%~80%RH，无凝露

2. 冷却水路：外接恒温冷却水系统，满足控制器水冷散热要求，进出水温度可控

3. 台架接地：测试台架可靠保护接地，高压回路安全防护，设置安全联锁、急停按钮

3.2 测试设备清单

序号	设备名称	规格要求	用途
1	高压直流电源	输出电压覆盖控制器全工作电压范围，支持功率输出、过流保护	模拟车载动力电池HV输入
2	低压直流电源	12V输出，高精度，低纹波	模拟整车LV12V低压供电
3	测功机+PMSM压缩机总成	支持转速、转矩闭环控制，可采集机械转矩、转速	压缩机负载模拟
4	CANoe/CANalyzer	CAN总线仿真、报文收发、数据记录	模拟整车VCU下发指令，采集控制器报文
5	功率分析仪	多通道，可采集交直流电压、电流、功率、THD	测算控制器输入功率、电机输出功率、系统效率
6	示波器+高压差分探头+电流探头	带宽满足SiC驱动、三相电流测试	采集PWM、栅极波形、三相电流、动态响应波形
7	多路温度采集仪	K型热电偶，≥16通道	采集功率器件、PCB、母线电容等测点温度
8	冷媒压力传感器	适配压缩机冷媒回路	监测空调冷媒侧运行压力

3.3 被测件预检

1. **外观检查：**PCB无虚焊、器件无损伤，接插件完好

2. **绝缘预检：**高低压绝缘电阻测试合格

3. **上电预检：**12V低压上电，通讯正常；高压上电无异常告警，无硬件短路故障

4. **接线确认：**高压回路、低压回路、CAN通讯、温度采样、测功机接线复核无误

4 性能测试项目、操作步骤及判定标准

测试顺序建议：

空载性能→稳态性能→动态性能→加热性能→温升性能，测试全程记录CAN报文、示波器波形、功率数据、温度数据。

4.1 转速控制性能测试

4.1.1 测试目的

验证控制器FOC转速环稳态控制精度、转速波动、加减速动态响应、抗负载扰动能力。

4.1.2 测试步骤

1. 搭建台架，连接高压电源、12V低压电源、CAN总线、测功机、冷媒回路，启动水冷；

2. 通过CANoe模拟VCU下发压缩机启停指令，分段设置目标转速：低速区间、额定转速、最高工作转速；

3. 稳态测试：固定目标转速，保持工况稳定运行≥3min，采集CAN报文反馈的实际转速，计算稳态误差；

4. 动态阶跃测试：给定转速阶跃指令（例：2000rpm→6000rpm），示波器记录转速响应曲线，记录超调量、调节时间；

5. 负载扰动测试：固定目标转速，改变测功机负载转矩，记录转速波动。

4.1.3 判定标准

1. 稳态转速误差≤±2%额定转速；

2. 转速阶跃超调量、调节时间符合产品规格书；

3. 负载突变工况，电机无失步、无剧烈抖动、无异常啸叫。

4.2 输出转矩及带载能力测试

4.2.1 测试目的

验证控制器在不同转速下的额定转矩、峰值转矩输出能力。

4.2.2 测试步骤

1. 设置多个目标转速工作点；

2. 测功机逐步增加负载转矩，记录该转速下可持续输出的最大转矩；

3. 额定工况持续运行，采集三相电流、母线电压、转矩数据。

4.2.3 判定标准

1. 额定工况输出转矩满足规格书指标；

2. 峰值转矩达到设计要求；

3. 三相电流波形无严重畸变，无电流振荡。

4.3 系统效率MAP测试

4.3.1 测试目的

测绘控制器+压缩机电机系统效率MAP，验证全工况下系统效率。

4.3.2 测试步骤

1. 功率分析仪接入高压输入端（控制器输入直流功率）、测功机读取电机机械输出功率；

2. 选取全工况矩阵（多转速+多负载转矩组合），在每个工况点稳定运行30s，采集数据；

3. 系统效率计算公式：机械输出高压输入​

4. 整理数据，绘制转速-转矩-效率MAP云图。

4.3.3 判定标准

各典型工况点系统效率满足产品规格书要求，重点考核常用工作区间效率。

4.4 三相输出电流性能测试

4.4.1 测试目的

验证FOC电流环控制性能、三相电流平衡度、电流谐波畸变。

4.4.2 测试步骤

1. 示波器搭配电流探头采集U/V/W三相电流波形；

2. 稳态工况下读取三相电流幅值、THD总谐波畸变率，计算三相不平衡度；

3. 下发电流阶跃指令，记录电流环响应速度。

4.4.3 判定标准

1. 三相电流不平衡度＜5%；

2. 电流THD满足规格要求，无明显畸变、尖峰；

3. 电流阶跃响应无持续振荡。

4.5 高压PTC加热性能测试

4.5.1 测试目的

验证集成PTC加热驱动支路的功率控制精度、动态跟随、双芯体独立/协同工作能力。

4.5.2 测试步骤

1. 接入PTC加热芯体负载；

2. CAN下发目标加热功率，稳态运行，采集实际输出功率；

3. 执行功率阶跃测试，观测实际功率跟随曲线；

4. 分别测试：芯体1单独开启、芯体2单独开启、双芯体同时开启，验证功率闭环与均流。

4.5.3 判定标准

实际加热功率与设定功率误差在规格允许范围；功率切换无振荡，双芯体工作无异常。

4.6 动态循环工况性能测试

4.6.1 测试目的

模拟整车热泵空调实际运行工况，验证控制器连续动态工作稳定性。

4.6.2 测试步骤

1. 编写整车典型工况脚本，自动循环切换压缩机转速、PTC加热功率；

2. 连续运行规定循环次数，全程记录CAN状态、三相电流、母线电压、温度；

3. 模拟冷媒压力扰动，观察控制器运行状态。

4.6.3 判定标准

全程无失步、无故障上报，电流、转速平稳，无异常报警。

4.7 功耗测试

4.7.1 测试目的

测试控制器低压待机功耗、压缩机空载功耗。

4.7.2 测试步骤

1. 低压待机功耗：12V上电，压缩机不启动，测量12V静态电流；

2. 空载功耗：压缩机不带机械负载，启动至目标转速，采集控制器输入功率。

4.7.3 判定标准

待机功耗、空载功耗不大于规格书限值。

4.8 额定工况稳态温升性能测试

4.8.1 测试目的

验证控制器长时间额定工况下器件温升，评估功率器件热性能。

4.8.2 测试步骤

1. 控制器带额定负载持续运行≥2h；

2. **多路温度采集仪采集测点：**SiC功率管、栅极驱动芯片、MCU、母线薄膜电容、PCB热点；

3. 每5min记录一次各测点温度，直至温度趋于稳定。

4.8.3 判定标准

所有器件最高温度不超过器件降额温度，温度达到稳态后不再持续上升。

4.9 SiC栅极驱动波形测试

4.9.1 测试目的

验证功率管栅极驱动信号质量，评估开关特性。

4.9.2 测试步骤

示波器采集SiC管栅源Vgs波形，记录上升沿、下降沿、关断/开通振铃幅值。

4.9.3 判定标准

栅极波形无严重振铃、过冲，上升/下降时间符合驱动设计要求。

4.10 电机反电动势测试

4.10.1 测试目的

测量压缩机开路反电动势幅值、波形、三相不平衡度，获取电机​反电动势常数，校验电机本体一致性，为FOC标定提供参数。

4.10.2 测试步骤

1. 控制器高压断电，断开高压输入；U/V/W三相从控制器端断开；

2. 测功机拖动压缩机转子，按多个固定转速旋转；

3. 示波器高压差分探头采集U-V、V-W、W-U线反电动势波形；

4. 记录各转速下三相反电动势有效值，计算​，计算三相不平衡度。

4.10.3 判定标准

• 反电动势常数​与电机规格书偏差在允许范围；

• 三相反电动势不平衡度＜3%；

• 波形正弦度良好，无明显畸变、尖峰。

4.10.4 母线电压与反电动势关联验证

测试目的：验证不同母线电压工况下，控制器在不同反电动势（不同转速）下的控制能力，验证弱磁控制、母线泵升保护逻辑。测试步骤：

1. 设定多档母线电压（覆盖电池工作区间：250V~400V）；

2. 在每一档母线电压下，逐步提升压缩机转速，也就是提升反电动势；

3. 记录：转矩输出能力、电流波形、弱磁电流、母线电压泵升值；判定准则：在全工作母线电压范围，压缩机在额定最高转速下，控制器可稳定控制；当电机发电回馈时，母线泵升不超过器件耐压，过压保护正常触发。

4.11 压缩机平衡压启动与大压差启动测试

4.11.1 测试目的

验证压缩机控制器在冷媒不同压差工况下的启动性能；

模拟整车实际使用场景，验证FOC启动算法、转子位置检测、启动转矩输出能力；

确认在轻载（平衡压）、重载阻转矩（大压差）条件下，压缩机可靠启动，无失步、无异常过流、无剧烈振动异响。

4.11.2 前置条件

1. 台架连接：高压电源、12V低压、CAN总线、冷媒回路，冷媒压力传感器接入高低压侧；

2. 测功机、冷媒系统可调节压缩机吸排气压差；

3. 示波器采集三相电流、母线电压；CANoe记录控制器状态、故障码。

4.11.3 测试步骤

1. 平衡压启动测试

① 保持压缩机停机，冷媒回路静置，直到高压侧、低压侧冷媒压力差值≤设定阈值（如ΔP≤0.2MPa）；

② CAN下发压缩机启动指令，启动目标转速设置为额定怠速；

③ 记录：启动时间、三相启动冲击电流、转子位置信号、振动噪声、CAN状态；

④ 重复N次启停循环，确认每次启动成功，无故障上报。

1. 大压差启动测试

① 调节冷媒回路，建立高低压大压差（按产品规格，例如ΔP=3.0MPa）；

② CAN下发压缩机启动指令，启动目标转速设置为怠速；

③ 示波器捕获启动全过程三相电流波形，记录启动冲击电流、启动时长、有无抖动/啸叫；

④ 多次循环启停，验证重复大压差启动稳定性；

⑤ 更换不同母线电压（高低压电池工况）重复大压差启动测试，覆盖整车全工作电压区间。

4.11.4 判定标准

1. 平衡压、大压差工况下，每次均可正常启动，转子无反转、无持续剧烈抖动、无刺耳啸叫；

2. 启动冲击电流不超过控制器硬件短时电流限值；

3. 启动过程无报过流、堵转、失步等故障；

4. 大压差工况下，启动时间满足规格要求。

4.12 压缩机启动运行性能测试

4.12.1 测试目的

模拟整车空调/热泵系统不同冷媒压力、不同母线电压、不同温度下压缩机启动及连续运行工况，验证控制器FOC启动算法、转子位置识别、转矩输出能力、启动到稳态的切换稳定性；

考核启动冲击、转速跟随、抗负载扰动能力；验证在轻载、重载、大压差等边界工况下，压缩机无反转、无失步、无异常故障，满足整车实际使用要求。

覆盖两大类场景：

启动阶段性能 + 启动后连续运行性能，包含平衡压启动、大压差启动、变转速加减速、负载扰动等子项目。

4.12.2 测试包含的测试项目（一共6个方面）

（1）平衡压启动测试

• 模拟工况：车辆长时间停机，冷媒高低压侧压力平衡（压差≈0），轻载启动

• 测试重点：转子初始位置预定位、开环启动切换闭环逻辑、基础启动功能，获取基准启动特性

（2）大压差启动测试

• 模拟工况：短停机重启、热泵换向、除霜，压缩机吸排气存在巨大冷媒压差，存在反向阻力转矩

• 测试重点：重载阻转矩下启动能力、最大启动转矩、启动冲击电流，验证不会发生堵转、失步、过流报错

（3）不同母线电压下启动测试

• 模拟工况：电池亏电（低压母线）、电池满电（高压母线）的整车高压供电区间

• 测试重点：高低母线电压边界条件下，启动算法适应性；低压母线时启动转矩是否足够

（4）变转速动态启动与加减速运行测试

• 模拟工况：整车空调动态调节，压缩机从怠速逐步升速、降速、阶跃变速

• 测试重点：启动后转速环动态响应、超调、调节时间，加减速过程电流波形、有无抖动啸叫

（5）启动后负载扰动运行测试

• 模拟工况：空调冷媒压力波动，压缩机运行过程负载转矩突变

• 测试重点：稳态运行时，负载突变下转速稳定性、电流环抗扰动能力，不发生失步

（6）高低温环境下启停循环测试

• 模拟工况：整车高寒、高温环境下多次循环启停

• 测试重点：环境温度对磁钢、采样、启动算法的影响；多次反复启停的一致性，无偶发启动失败

4.12.3 测试前置条件

1. 台架：高压直流源、12V低压源、CANoe、PMSM压缩机、冷媒回路系统（可调节吸排气压力）、测功机；

2. 采集设备：示波器（电流探头、高压差分探头）、多路温度记录仪、冷媒压力传感器；

3. 被测件预检：控制器上电自检正常，CAN通讯正常，保护功能基础验证完成；

4. 安全：高压回路安全联锁，急停、母线放电装置到位。

4.12.4 测试步骤

1. 平衡压启动测试

① 压缩机停机静置，冷媒高低压压差≤0.2MPa；

② CAN下发启动指令，启动至目标怠速转速；

③ 示波器采集三相电流、母线电压；CANoe记录启动时间、转速曲线、故障码；

④ 重复≥50次启停循环，观察每次启动一致性。

1. 大压差启动测试

① 调节冷媒回路，建立规格规定的大压差（如ΔP=3.0MPa）；

② CAN下发启动指令，启动至怠速；

③ 捕获启动全过程波形，记录冲击电流、启动时长、振动噪声；

④ 在高压母线、低压母线两个电压点，分别重复多次启停。

1. 变转速加减速运行测试

① 压缩机成功启动后，执行转速斜坡升降、转速阶跃指令；

② 记录转速响应曲线、三相电流THD、转矩脉动；

③ 观察升速、降速过程是否抖动、啸叫、失步。

1. 负载扰动测试

① 压缩机稳态运行在固定转速；

② 测功机/冷媒系统施加阶跃负载扰动；

③ 记录转速波动、电流变化，观察控制器恢复能力。

1. 高低温启停循环

① 温箱设置低温、高温环境，稳定保温；

② 执行多轮平衡压、大压差启停，验证多次启停无偶发失效。

4.12.5 判定规范（验收准则）

1. 启动功能

   • 平衡压、大压差、高低母线电压、高低温工况下均可正常启动；

   • 转子无反转，无剧烈抖动、无刺耳啸叫；

   • 启动冲击电流不超过器件短时耐受电流限值；

   • 启动时间满足产品规格指标；启动过程不报过流、堵转、失步故障。

2. 加减速动态性能

   • 转速阶跃响应超调、调节时间符合规格；

   • 升降速过程三相电流无严重畸变，无持续振荡。

3. 负载扰动性能

   • 负载突变后，转速可快速收敛，不会失步停机。

4. 循环一致性

   • 多次启停试验，无偶发启动失败，启动特性无明显漂移。

5. 保护逻辑

   • 真实堵转条件下，堵转保护可靠触发；正常大压差启动不触发误保护。

4.12.6 测试输出数据

1. 启动过程三相电流波形、母线电压波形；

2. 转速随时间响应曲线（启动、阶跃、加减速）；

3. 每次启动的启动时间、冲击电流峰值记录表；

4. 启停循环故障记录；

5. 振动噪声主观评价记录。

5 测试数据输出要求

测试完成后，输出《多合一压缩机控制器性能测试报告》，包含以下内容：

1. 测试台架照片、被测件信息、测试环境参数；

2. 转速阶跃响应曲线；

3. 系统效率MAP图；

4. 三相电流波形、THD、三相不平衡度数据；

5. 转矩-转速包络曲线；

6. PTC加热功率曲线；

7. 温升曲线与各测点温度记录表；

8. 示波器原始波形文件、CAN日志、功率分析仪原始数据；

9. 测试结论：合格/不合格，问题备注。

6 安全规定

1. 高压测试过程，必须由持证高压测试人员操作；

2. 测试过程中若出现器件冒烟、异响、过温告警，立即切断高压，再切断低压；

3. 高压断电后，必须等待母线电容充分放电后，方可接触接线。

7 附录

附录A：测试用例记录表

附录B：测点布置图

附录C：性能指标阈值清单