新能源汽车动力电池与驱动电机结构原理与检修课件3.2-新能源汽车驱动电机控制系统结构原理与检修.ppt

新能源汽车动力蓄电池与驱动电机系统结构原理与检修学习单元学习单元3.2 3.2 新能源汽车驱动电机控制系统结构原理与检修新能源汽车驱动电机控制系统结构原理与检修 【情境导入】修理工在某新能源汽车4S店工作，一天接了一辆纯电动汽车，车主反映打开启动开关后仪表上有多个故障灯点亮；车辆不显示READY，挂入D挡，车辆无法行驶，经过修理工初步检查后，判断电机控制系统有故障，需要进一步检测电机控制系统，你知道如何安全、规范地拆装和检修电机控制系统吗?【学习导航】新能源汽车驱动电机控制系统是新能源汽车核心部件，也是区别于传统能源汽车的最大不同点之一汽车行驶时由动力蓄电池输出电能通过电机控制器驱动电机运转，电机输出的转矩经传动系带动车轮前进或后退同时在制动和滑行过程中实现能量再生制动学习情境3 新能源汽车驱动电机及控制系统结构原理与检修 学习单元学习单元3.2 3.2 新能源汽车驱动电机控制系统结构原理与检修新能源汽车驱动电机控制系统结构原理与检修1.应知驱动电机系统的组成与各部件的作用2.能够叙述驱动电机系统能量流动路线3.应知驱动电机及控制器冷却系统的组成、冷却水路、控制策略4.应知电机控制器的作用、结构、工作原理。

5.应知驱动电机系统的控制策略6.能够养成团队协作、吃苦耐劳、严谨细致的工作态度学习目标学习目标学习情境3 新能源汽车驱动电机及控制系统结构原理与检修 3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述 一、驱动电机系统的组成与作用一、驱动电机系统的组成与作用 纯电动汽车驱动电机控制系统结构，如图3-2-1所示驱动电机控制系统主要由整车控制器（VCU）、电机控制器（MCU）、驱动电机、机械传动装置和冷却系统等组成1、整车控制器（VCU）整车控制器相当于纯电动汽车的“大脑”，控制纯电动汽车的所有部件，其主要功能如下：（1）识别驾驶员意图（2）驱动控制（3）制动能量回馈控制（4）整车能量优化管理（5）高压上下电控制（6）车辆状态的实时检测（7）故障诊断与处理 图3-2-1 驱动电机控制系统3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述 故障分级及处理方式见表3-2-1所示8）其他功能 VCU除了上述功能外，还具有充电过程控制、防溜车功能控制、电动化辅助系统管理、整车CAN总线网关及网络化管理、换挡控制、远程控制等功能，其中远程控制包括远程查询功能、远程空调控制及远程充电控制表3-2-1 故障分级及处理方式等级名称故障后处理故障列表一级致命故障紧急断开高压MCU直流母线过电压故障、BMS一级故障二级严重故障零转矩MCU相电流过电流、IGBT、旋转变压器等故障；电机节点丢失故障；挡位信号故障三级一般故障跛行回家加速踏板信号故障降功率MCU电机超速保护限功率7kW跛行故障，SOC1%，BMS单体欠电压，内部通信、硬件等二级故障限速15km/h低压欠电压故障、制动故障四级轻微故障仪表显示、能量回收故障、仅停止能量回收MCU电机系统温度传感器、直流欠电压故障；VCU硬件、DC/DC异常等故障3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述 2、电机控制器（MCU）电机控制器的功能是接收整车控制器的指令，将动力蓄电池的高压直流电逆变成电压、频率、相序可调的三相交流电，实现对驱动电机的转速、转矩和旋转方向的控制。

电机控制器与驱动电机连接如图3-2-2所示图3-2-2 电机控制器与驱动电机连接关系 实时检测驱动电机运行状态，如温度、母线电流、三相交流电、动力蓄电池电压、高压线束的绝缘情况等，电机控制器内含有故障诊断电路当诊断出现异常时，它将会激活一个故障代码，通过CAN总线网络发送给整车控制器，同时存储该故障码和数据在能量回收过程中，电机控制器转变为整流滤波器，其功能是将发电机输出的三相交流电压经过整流、滤波和升压后转变为高压直流电，将电能回馈给动力蓄电池，实现能量回收3、驱动电机 驱动电机在新能源汽车中承担着驱动车辆和发电的双重功能，即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能，将电能转化为机械能；而在制动降速和下坡滑行时驱动电机转变为发电机，将车轮的惯性动能转换为电能3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述 4、机械传动装置 机械传动装置的主要功能是将驱动电机的转速降低、转矩升高，以实现整车对驱动电机的转矩、转速需求纯电动汽车较多的采用固定速比的减速装置，省去了变速器等部件，如图3-2-3所示二、驱动电机系统布置形式及能量流动路线二、驱动电机系统布置形式及能量流动路线 1、纯电动汽车的动力系统布置形式 纯电动汽车的驱动系统布置形式主要有传统驱动方式、电机-驱动桥组合式驱动方式、电机-驱动桥整体式驱动方式、轮毂电机分散驱动方式四种。

1）传统驱动方式 如图3-2-4所示，该方式仍然采用传统能源汽车的驱动系统布置方式，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成，只是将发动机换成电机，属于改造型纯电动汽车图3-2-3 减速器3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述 （2）电机-驱动桥组合式驱动方式 如图3-2-5所示，这种方式即在驱动电机端盖的输出轴处加装减速齿轮和差速器等，电机、固定速比减速器、差速器的轴相互平行，一起组合成一个驱动整体3）电机-驱动桥整体式驱动形式 这种驱动形式把电机、固定速比减速器和差速器集成为一个整体，两根半轴连接驱动车轮电机-驱动桥整体式驱动形式有同轴式和双联式两种如图3-2-6所示为双联式驱动系统又称为双电机驱动系统，由左右两台电机直接通过固定速比减速器分别驱动两个车轮，左右两台电机由中间的电控差速器控制，每个驱动电机的转速可以独立地调节控制，便于实现电子差速，不必选用机械差速器图3-2-4 传统驱动方式 图3-2-5 电机-驱动桥组合式驱动系统布置形式 图3-2-6 双联式电机-驱动桥整体式驱动形式3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述 （4）轮毂电机分散驱动式驱动形式 轮毂电机驱动方式与电机-驱动桥整体式驱动形式相比更优化了结构，结构更简单，传动效率更高。

轮毂电机的驱动方式可以分为减速驱动和直接驱动两大类减速驱动方式适用于丘陵或山区以及要求过载能力较大等场合如图3-2-7所示为带轮边减速器的轮毂电机驱动方式如图3-2-8所示为，内转子外定子轮毂电机结构，其转子作为输出轴与固定速比减速器的行星齿轮系统的太阳轮相连，而车轮轮毂与其齿圈连接，它能提供较大的减速比，来放大其输出转矩图3-2-7 带轮边减速器的轮毂电机驱动方式 图3-2-8 内转子外定子电动车轮3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述 在直接驱动方式下，电机多采用外转子（即直接将转子安装在轮辋上）此方式适用于平路或负载较轻的场合图3-2-9是轮毂电机直接驱动方式如图3-2-10所示为，内定子外转子轮毂电机2、纯电动汽车的能量流动路线 纯电动汽车动力传递路线可分为动力输出和能量回收两种路线1）驱动模式的能量流动路线 当电机控制器从整车控制器处得到转矩输出命令时，将动力蓄电池提供的直流电，转化成三相正弦交流电，驱动电机输出转矩，通过机械传输来驱动车辆，如图3-2-11所示图3-2-9 轮毂电机直接驱动方式 图3-2-10 内定子外转子电动车轮3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述 能量流动路线为动力蓄电池将高压直流电输送给高压控制盒，通过高压控制盒输送给电机控制器，电机控制器将直流高压电转变为交流高压电供给电机，电机再将电能转换为机械能，驱动二级主减速器运转，经过差速器带动两半轴转动，最终带动车轮旋转。

2）发电模式的能量流动路线 当电机控制器判断处于发电模式命令时，将控制电机处于发电状态此时电机将车辆动能转化为交流电，并通过电机控制器整流后变为动力蓄电池需要的直流电，给动力蓄电池充电其发电模式如图3-2-12所示能量流动路线为车轮处的惯性力通过半轴、差速器、二级减速器传递到电机，此时电机处于发电模式将机械能转化为电能，通过电机控制器整流成直流电，通过高压控制盒给动力蓄电池进行充电图3-2-11 驱动模式下能量流动路线 图3-2-12 放电模式下能量流动路线3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述 三、驱动电机及控制器冷却系统三、驱动电机及控制器冷却系统 1、驱动电机及控制器冷却系统作用 驱动电机及控制器冷却系统的作用是冷却电机和电机控制器等部件，从而保证其能够在允许的温度范围内正常工作，否则，一旦电机和电机控制器温度过高会停止对外的动力输出2、纯电动汽车电机及控制器冷却系统的组成 冷却系统由电动水泵、电机控制器冷却水道、驱动电机冷却水道、散热器、冷却风扇、膨胀水箱和水管等组成，如图3-2-13所示3、纯电动汽车电机及控制器冷却系统主要部件（1）散热器 散热器俗称水箱，其作用是将冷却液吸收的热量散发到大气中。

散热器必须有足够的散热面积，通常使用导热性能、结构刚度和防冻性能较好的铜、铝和铝锰合金等材料制造散热器的构造如图3-2-14所示图3-2-13 纯电动汽车冷却系统 图3-2-14 散热器3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述（2）膨胀水箱 膨胀水箱又称补偿水桶，是由塑料制造并用软管与散热器进水室上方的溢流管连接，膨胀水箱下方通过水管与散热器下方相连，其外形如图3-2-15所示3）冷却风扇 冷却风扇的功用是提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速冷却液的冷却风扇通常安装在散热器后面，如图3-2-16所示目前广泛使用电动风扇电动风扇由风扇电动机驱动并由车上低压电源系统供电风扇的转速由电机中温度传感器决定图3-2-15 膨胀水箱 图3-2-16 冷却风扇3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述（4）冷却水道 驱动电机工作时，电流流过定子绕组产生热量，电机转子旋转摩擦产生热量，另外大部分纯电动汽车使用永磁同步电机，电机的永磁体因为温度过高会产生退磁现象；电机控制器中IGBT工作时会产生热量，因此要保证电机和电机控制器工作正常，需要在电机和电机控制器中设置冷却水道进行冷却，如图3-2-17和3-2-18分别为电机的冷却液进出水管及电机控制器冷却水管和水道。

图3-2-17 电机冷却液进出水管 （a）电机控制器进出水管 （b）电机控制器水道 图3-2-18 电机控制器冷却水管及水道3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述 （5）电动水泵 电动水泵是整个冷却系统唯一的动力源，负责为冷却液的循环提供动能电动水泵是由直流无刷电机、蜗牛型的泵壳、闭式水泵叶轮、轴承等组成，如图3-2-19所示直流无刷电机带动叶轮旋转，依靠离心力吸入冷却液，再将其加速甩出，泵往电机控制器与驱动电机水泵的叶轮与电机转子做成一体，水泵转子上带有永磁体电机转子与定子之间的气隙由塑料罩隔离开，所以水泵转子处的冷却液无法进入到电机定子线圈中a）水泵 （b）永磁无刷电机 （c）叶轮 （d）泵壳 图3-2-19 电动水泵结构3.2.1 新能源汽车驱动电机控制系统概述 电动水泵安装在车辆前部右下方，将散热器内的冷却液加压后送到电机控制器冷却水道中，冷却液对电机控制器进行冷却后再流向驱动电机冷却水道，对电机进行冷却，冷却液最后从电机出水口流向散热器进水室，冷却水路如图3-2-20所示4、纯电动汽车电机及控制器冷却系统控制策略（1）水泵控制 当车辆车钥匙置于“ON”挡，仪表显示“READY”时，电动水泵由整车控制器控制开始工作。

而有些纯电动汽车则是当电机控制器温度达到一定值时，电动水泵才开始工作2）冷却风扇控制 冷却风扇分为高、低速两挡，根据电机内温度传感器和电机控制器内温度传感器的信号通过整车控制器控制风扇挡位的切换图3-2-20 电机控制系统冷却水路 3.2.2 新能源汽车电机控制器 一、电机控制器的作用一、电机控制器的作用 电机控制器根据整车控制器发送过来的反应驾驶员意图的相关指令，作出响应及反馈，实时调整驱动电机输出，以实现整车的怠速、前进、倒车、停车、能量回收及驻坡等功能同时电机控制器还有另外一个重要的作用是通信和保护，实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统和整车。