《新能源汽車電力電子技術(shù)》：第四章新能源汽車執(zhí)行器課件

1、新能源汽車電力電子技術(shù)任務(wù)1 高壓上電過程控制建議課時：2學(xué)時知識目標(biāo)（1）知道新能源汽車上電預(yù)充電的原因；（2）知道維修開關(guān)與互鎖開關(guān)的作用；（3）能夠理解高壓上電的控制工作過程；（4）能夠通過使用萬用表測量上電繼電器電壓，正確做出分析；（5）正確規(guī)范的使用實訓(xùn)板，養(yǎng)成良好的新能源汽車維修職業(yè)素養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目錄 內(nèi)容結(jié)構(gòu) 任務(wù)導(dǎo)入高壓電路中電機控制器和空調(diào)壓縮機控制器內(nèi)部含有電容，為了防止動力電池與高壓電路直接接通瞬間的電流過大，損壞控制器內(nèi)部電子元件。BMS按特定順序來控制繼電器的通斷，達到低電壓、小電流對各控制器內(nèi)部電容充電的目的。本實訓(xùn)通過搭建電路，模擬高壓上電過程，學(xué)習(xí)新能源汽車

2、高壓上電的控制原理，并通過規(guī)范的操作，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。知識鏈接1：需要預(yù)充電的原因知識準(zhǔn)備驅(qū)動電機和空調(diào)壓縮機的電機控制器內(nèi)部含有電容，如果動力電池接入高壓電路時，電容內(nèi)沒有預(yù)先儲存一定的電荷量，則高壓電路中電容的充電電流會非常大，極容易發(fā)生危險。為了避免發(fā)生短路的意外，加入預(yù)充繼電器和預(yù)充電阻來給電容進行預(yù)充電，以此來保護電路。知識鏈接2：高壓系統(tǒng)上電的控制原理 知識準(zhǔn)備汽車啟動時，如圖4-1-1所示，BMS首先控制主負繼電器和預(yù)充繼電器閉合，主正繼電器斷開。此時，動力電池首先經(jīng)預(yù)充電阻分壓，以較小的電流對電機控制器內(nèi)部的電容進行充電。待電容充電達到目標(biāo)電壓后，BMS控制預(yù)充繼電器斷開和

3、主正繼電器閉合，使動力電池直接連接主電路，完成上電過程。圖4-1-1 高壓上電控制示意圖知識鏈接3：維修開關(guān)的作用知識準(zhǔn)備緊急維修開關(guān)布置于動力電池組中間，如圖4-1-2所示，主要作用是在進行高壓系統(tǒng)的維修項目時，可以手動拔出維修開關(guān)，從而切斷動力電池電源，避免維修人員發(fā)生觸電意外。而且維修開關(guān)內(nèi)部裝有熔斷器，當(dāng)高壓系統(tǒng)出現(xiàn)短路的情況，熔斷器熔斷連接，有效降低意外風(fēng)險。圖4-1-2 新能源汽車維修開關(guān)知識鏈接4：高壓互鎖的原理知識準(zhǔn)備高壓互鎖指的是通過使用低壓信號來檢測高壓系統(tǒng)的完整性，如圖4-1-3所示。例如：高壓纜線連接器是否出現(xiàn)松脫、電機控制器外殼是否未安裝到位和動力電池殼體是否移位等。

4、新能源汽車行駛過程中，高壓部件長時間處于振動的條件下，所以容易造成部件的移位或接線的松脫。當(dāng)控制單元檢測到低壓系統(tǒng)斷開的時候，就需要啟動相應(yīng)安全措施，給駕駛員發(fā)出警報并且斷開高壓回路等。圖4-1-3 高壓互鎖裝置新能源汽車電力電子技術(shù)任務(wù)2 直流電機控制電路原理與應(yīng)用建議課時：4學(xué)時知識目標(biāo)（1）能知道直流電機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理；（2）能夠理解直流電機的轉(zhuǎn)速控制原理工作過程；（3）能夠知道直流電機在新能源汽車上的應(yīng)用；（4）能夠通過實訓(xùn)使用示波器測量直流電機控制電路波形變化，做出正確分析；（5）正確規(guī)范的使用實訓(xùn)板，養(yǎng)成良好的新能源汽車維修職業(yè)素養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目錄 內(nèi)容結(jié)構(gòu) 任務(wù)導(dǎo)入新能源汽

5、車一般采用電子助力轉(zhuǎn)向裝置，該裝置的動力源是直流電機。根據(jù)駕駛員的駕駛意圖，并且收集轉(zhuǎn)向、車速、扭矩等信息，由控制模塊完成直流電機的轉(zhuǎn)向控制和轉(zhuǎn)速控制，保證汽車在低速轉(zhuǎn)向行駛時輕便靈活，高速轉(zhuǎn)向行駛時穩(wěn)定可靠。本實訓(xùn)通過搭建電路，學(xué)習(xí)直流電機的轉(zhuǎn)速控制方式和轉(zhuǎn)向控制方式，并通過規(guī)范的操作，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。知識鏈接1：直流電機的結(jié)構(gòu)知識準(zhǔn)備直流電機的結(jié)構(gòu)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，如圖4-2-1所示。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，其主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的機構(gòu)

6、，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。 電樞 定子知識鏈接2：直流電機的工作原理知識準(zhǔn)備由于轉(zhuǎn)子兩側(cè)有一對磁極產(chǎn)生磁場，如圖4-2-2所示，直流電源通過電刷向轉(zhuǎn)子供電。當(dāng)轉(zhuǎn)子中的線圈通有電流時，兩側(cè)導(dǎo)線就會受到磁場的作用力，方向依左手定則判斷。轉(zhuǎn)子受到磁場的作用力從而會旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)90度后，換向器改變了轉(zhuǎn)子內(nèi)線圈的電流方向，于是導(dǎo)線框會持續(xù)旋轉(zhuǎn)下去。圖4-2-2 電機工作原理知識鏈接3：直流電機的特點知識準(zhǔn)備直流電機具有良好的調(diào)速特性、轉(zhuǎn)矩比較大而且受電磁干擾影響的小。但是其復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)限制了電機體積進一步的縮小，尤其內(nèi)部電刷和換向器的滑動接觸極容易造成機械磨

7、損和火花，使直流電動機的可靠性下降、壽命短和保養(yǎng)維護工作量大。知識鏈接4：直流電機的轉(zhuǎn)速控制原理知識準(zhǔn)備控制電源周期性地通斷，給電機提供一個脈沖電源。如圖4-2-3所示，脈沖寬度越大，提供給電機的平均電壓越大，電機轉(zhuǎn)速就越高。反之亦然，脈沖寬度越小，提供給電機的平均電壓越小，電機轉(zhuǎn)速就越低。因此，通過改變脈沖的寬度，從而間接控制電機的轉(zhuǎn)速。圖4-2-3 直流電機脈沖控制電壓波形知識鏈接5：直流電機在新能源汽車上的應(yīng)用知識準(zhǔn)備直流電機有非常廣泛的應(yīng)用，例如電動車窗升降、電動雨刮和電動座椅等等，都是由直流電機實現(xiàn)的功能?，F(xiàn)今新能源汽車來都使用電子助力轉(zhuǎn)向，如圖4-2-3所示，該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過控制電機

8、輸出相應(yīng)大小的扭矩和方向，從而產(chǎn)生輔助動力，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加輕便，響應(yīng)速度更加快捷。圖4-2-3 新能源汽車電子助力轉(zhuǎn)向 新能源汽車電力電子技術(shù)任務(wù)3 三相電機控制原理建議課時：2學(xué)時知識目標(biāo)（1）知道新能源汽車的驅(qū)動電機類型；（2）能理解三相永磁同步電機的基本結(jié)構(gòu)與原理；（3）能知道三相永磁同步電機在新能源汽車上的應(yīng)用；（4）能夠通過實訓(xùn)理解三相電機的轉(zhuǎn)速控制原理，及其工作過程；（5）正確規(guī)范的使用實訓(xùn)板，養(yǎng)成良好的新能源汽車維修職業(yè)素養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目錄 內(nèi)容結(jié)構(gòu) 任務(wù)導(dǎo)入電機及其控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件，決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)。相比與傳統(tǒng)汽車，電機可以在較大的速度范圍內(nèi)高效產(chǎn)生

9、轉(zhuǎn)矩，所以新能源汽車不需要變速器，傳動機構(gòu)更簡單，噪音低。本實訓(xùn)通過搭建電路，測量三相電機的控制，學(xué)習(xí)其基本驅(qū)動原理，并通過規(guī)范的操作，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。知識鏈接1：新能源汽車應(yīng)用驅(qū)動電機的種類知識準(zhǔn)備電機是新能源汽車的核心部件，主要有直流電動機、三相感應(yīng)電動機、開關(guān)磁阻電動機等。直流電動機的主要優(yōu)點是控制簡單而且技術(shù)成熟，但因為直流電動機發(fā)熱嚴重、機械磨損大等問題難以解決，目前新能源汽車已基本不采用直流電動機。三相感應(yīng)電動機是現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的電動機，能夠?qū)崿F(xiàn)制動能量回收的功能，而且具有以下優(yōu)點：效率較高、質(zhì)量輕、價格便宜和維修方便等。開關(guān)磁阻電動機是一種較新型的電動機，具有很多明顯的特點，

10、如：結(jié)構(gòu)比較簡單和效率高，滿足新能源汽車動力性的要求。知識鏈接2：三相永磁同步電機的結(jié)構(gòu)知識準(zhǔn)備永磁同步電機內(nèi)部的殼體上間隔繞制六匝線圈，對角的兩匝線圈為一組，共三組，而且這三組線圈相互錯開120排列，如圖4-3-1所示。圖4-3-1 三相永磁同步電機定子結(jié)構(gòu)知識鏈接2：三相永磁同步電機的結(jié)構(gòu)知識準(zhǔn)備永磁同步電機上的轉(zhuǎn)子使用永久磁鐵，如圖4-3-2所示，具有轉(zhuǎn)子運動慣量小、運行效率高、功率密度高的優(yōu)點。永磁同步電機上面沒有滑環(huán)和電刷，由此電機的工作避免了滑環(huán)和電刷磨損造成的故障。但是由于電機的轉(zhuǎn)子使用永磁材料制成，電機在長時間的運作后由于高溫、震動的條件下磁力會發(fā)生熱衰退的現(xiàn)象。圖4-3-2

11、三相永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)知識鏈接3：三相永磁同步電機的工作原理知識準(zhǔn)備其中一組線圈通電時，同一組且對角的兩匝線圈會產(chǎn)生相異的磁極，吸引著轉(zhuǎn)子朝磁極轉(zhuǎn)動。當(dāng)給三組線圈依次排列進行通電時，就定子內(nèi)部就會產(chǎn)生不斷旋轉(zhuǎn)的磁場，如圖4-3-3所示。因此，在磁場力矩的作用下，轉(zhuǎn)子會跟隨磁場的變化而轉(zhuǎn)動。圖4-3-3 旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生知識鏈接3：三相永磁同步電機的工作原理知識準(zhǔn)備實際的應(yīng)用上，轉(zhuǎn)子并不是只有一根磁鐵，而是多根磁鐵嵌入在定子上，轉(zhuǎn)子的外壁就形成了等距離間隔的S極和N極，如圖4-3-4所示。此時，三組線圈在三相交流電的通電下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，使得轉(zhuǎn)子穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)起來。圖4-3-4 轉(zhuǎn)子磁極示意圖知識鏈接4：三相電機的轉(zhuǎn)向控制原理知識準(zhǔn)備三相電機轉(zhuǎn)子跟隨定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動，通過改變?nèi)嗑€的通電順序，改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動方向，從而實現(xiàn)間接控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向?；蛘咝枰淖冃D(zhuǎn)磁場的方向時，只需將接入的三相線任意兩相進行交換，