關(guān)鍵技術(shù)電驅(qū)動系統(tǒng)課件

純電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

純電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

1目錄車用驅(qū)動電機及其控制器動力電池系統(tǒng)整車控制系統(tǒng)發(fā)展方向目錄車用驅(qū)動電機及其控制器2概述在電動汽車上，電驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車中把電能轉(zhuǎn)換成機械能的動力部件。由驅(qū)動電機及其控制器組成，典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：

概述在電動汽車上，電驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車中把3分類分類4特點1）以電磁轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)，以加速踏板和制動踏板為輸入控制參數(shù)，要求轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速、波動小；2）要求驅(qū)動電機有較寬的調(diào)速范圍，電機能在四象限內(nèi)工作；3）電機低速能輸出大扭矩和較大過載倍速（2~4倍），高速取有一定功率輸出；4）驅(qū)動系統(tǒng)高效、電磁兼容性好且易于維護(hù)；5）良好的可靠性、耐溫、耐潮濕，在惡劣的緩解下能長期運轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡單、能批量生產(chǎn)。

四象限工作是指其運行機械特性曲線在數(shù)學(xué)軸上的四個象限都可以運行，第一象限正轉(zhuǎn)電動狀態(tài)；第二象限回饋制動狀態(tài)；第三象限反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)；第四象限反接制動狀態(tài)。特點1）以電磁轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)，以加速踏板和制動踏板為輸入控制5電機要求1）高電壓---在允許范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，以減少電機尺寸和導(dǎo)線截面積，以降低功率轉(zhuǎn)換器的成本；2）質(zhì)量輕---盡量采用鋁合金外殼，電機控制器和冷卻系統(tǒng)也需要降低質(zhì)量；3）啟動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬---使電動車有良好的起動性能；4）高效率、低損耗---具備再生制動能量回收，可以達(dá)到總能量的10~15%；5）電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的安全性須符合有關(guān)國標(biāo)；6）高可靠性---耐溫耐潮濕、抗震動、運行時噪音低。電機要求1）高電壓---在允許范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，以減6電機主要性能參數(shù)電機主要性能參數(shù)7電機主要性能參數(shù)額定電壓：在額定工況下，電機定子繞組應(yīng)輸入的線電壓值；額定電流：在額定電壓下，電機軸上輸出的機械功率為額定功率時，電機定子繞組通過的線電流值；額定轉(zhuǎn)速：在額定電壓輸入下，以額定功率輸出時對應(yīng)的電機最低轉(zhuǎn)速；額定功率：在額定條件下，電機軸上輸出的機械功率；最高轉(zhuǎn)速：在無帶載條件下，電機允許旋轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速；額定轉(zhuǎn)矩：電機在額定功率和額定轉(zhuǎn)速下的輸出轉(zhuǎn)矩；峰值轉(zhuǎn)矩：電機在規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)允許輸出的最大轉(zhuǎn)矩；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：電機轉(zhuǎn)子在所有角位堵住時所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最小測得值；機械效率：額定運行時電機軸上輸出的機械效率與電源輸入功率之比值；整體效率：電機轉(zhuǎn)軸輸出功率與控制器輸入功率之比值；電機主要性能參數(shù)額定電壓：在額定工況下，電機定子繞組應(yīng)輸入的8常用電機性能比較序號性能項目直流電機交流異步電機永磁同步電機開關(guān)磁阻電機1功率密度低中高較高2轉(zhuǎn)矩性能一般好好好3轉(zhuǎn)速范圍rpm4000~60009000~150004000~10000>150004功率因素_82~8590~9360~655峰值效率%85~8994~9595~9785~906負(fù)荷效率80~8790~9285~9778~867過載能力%200300~500300300~5008恒功率區(qū)-1:51:2.251:39可靠性差好優(yōu)良好10結(jié)構(gòu)緊固性差好一般優(yōu)良11電機外形尺寸大中小小12電機質(zhì)量重中輕輕13控制操作性能最好好好好14控制器成本低高高一般常用電機性能比較序號性能項目直流電機交流異步電機永磁同步電機9評價指標(biāo)評價指標(biāo)10舉例：三相異步電動機銘牌內(nèi)容1）生產(chǎn)廠家名稱2）電機名稱如：電動汽車用變頻調(diào)速三相異步電動機3）型號表示產(chǎn)品性能、結(jié)構(gòu)和用途的代號；4）額定功率

5）額定電壓

6）額定電流

7）額定頻率

8）額定轉(zhuǎn)速

9）最高轉(zhuǎn)速10）額定轉(zhuǎn)矩11）峰值功率12）接法在額定電壓下定子繞組的接線方式，有星型和三角形13）絕緣等級14）防護(hù)等級如IP6715）工作制，分為：S1—連續(xù)運行；S2—短時運行；S3:斷續(xù)運行16）額定功率因數(shù)額定功率輸出情況下，定子繞組相電壓與相電流之間相位角的余弦，一般為0.7~0.9；功率因素越高，電利用率越高17）電機質(zhì)量18)冷卻方式如：水冷19）生產(chǎn)日期舉例：三相異步電動機銘牌內(nèi)容1）生產(chǎn)廠家名稱11電機控制器 MotorControlUnit(MCU)

MCU是新能源汽車特有的核心功率電子單元，通過接收VCU的車輛行駛控制指令，控制電動機輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動車輛行駛。

實現(xiàn)把動力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電、并驅(qū)動電機本體輸出機械能。

同時，MCU具有電機系統(tǒng)故障診斷保護(hù)和存儲功能。電機控制器 MotorControlUnit(MCU)12電機控制器組成MCU由外殼及冷卻系統(tǒng)、功率電子單元、控制電路、底層軟件和控制算法軟件組成，具體結(jié)構(gòu)如下所示電機控制器組成MCU由外殼及冷卻系統(tǒng)、功率電子單元、控制電路13電機控制器組成 MCU硬件電路采用模塊化、平臺化設(shè)計理念（核心模塊與VCU同平臺），功率驅(qū)動部分采用多重診斷保護(hù)功能電路設(shè)計，功率回路部分采用汽車級IGBT模塊并聯(lián)技術(shù)、定制母線電容和集成母排設(shè)計；結(jié)構(gòu)部分采用高防護(hù)等級、集成一體化液冷設(shè)計。 MCU底層軟件以AUTOSAR開放式系統(tǒng)架構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到ECU開發(fā)共同平臺的發(fā)展目標(biāo)，模塊化軟件組件以軟件復(fù)用為目標(biāo)

應(yīng)用層軟件按照功能設(shè)計一般可分為四個模塊：狀態(tài)控制、矢量算法、需求轉(zhuǎn)矩計算和診斷模塊。其中，矢量算法模塊分為MTPA控制和弱磁控制電機控制器組成 MCU硬件電路采用模塊化、平臺化設(shè)計理念（核14電機控制器控制技術(shù)MCU關(guān)鍵技術(shù)如下基于32位高性能雙核主處理器；汽車級并聯(lián)IGBT技術(shù)定制薄膜母線電容集成化功率回路設(shè)計基于AutoSAR架構(gòu)平臺軟件及先進(jìn)SVPWMPMSM控制算法；高防護(hù)等級殼體及集成一體化水冷散熱設(shè)計電機控制器控制技術(shù)MCU關(guān)鍵技術(shù)如下15電機發(fā)展方向1）高速化下的小型輕量化（堅固性）；2）高效性；3）低速大轉(zhuǎn)矩情況下的大范圍的恒定輸出特性；4）壽命長及高可靠性；5）低噪音；6）成本低電機發(fā)展方向1）高速化下的小型輕量化（堅固性）；16電機控制器發(fā)展方向1）功率器件發(fā)展方向

目前主流中高端產(chǎn)品使用IGBT期間，

智能模塊化電力開關(guān)器件日益增多；2）控制方法的發(fā)展方向

目前交流驅(qū)動已占大多數(shù)，以后研究方向還是在交流驅(qū)動方面；目前廣泛采用的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，在此基礎(chǔ)上，采用高速數(shù)字處理器，使得一些復(fù)雜控制算法得到實際應(yīng)用，提高驅(qū)動電機的控制性能，尋找新型的控制算法或改進(jìn)現(xiàn)有控制方法，以提高電驅(qū)動系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能和魯棒性；高性能的無速度傳感器控制方法已成為研究熱點；采用智能控制技術(shù)以對電極參數(shù)進(jìn)行實時精確辨識。電機控制器發(fā)展方向1）功率器件發(fā)展方向17電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)---市場情況課外題：1）目前市面上主要有哪些生產(chǎn)車用電機的廠家2）有哪些比較典型的電機控制器廠家3）本企業(yè)的產(chǎn)品使用什么類型的電機以及供貨廠家4）價格走勢電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)---市場情況課外題：18純電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

純電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

19目錄車用驅(qū)動電機及其控制器動力電池系統(tǒng)整車控制系統(tǒng)發(fā)展方向目錄車用驅(qū)動電機及其控制器20概述在電動汽車上，電驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車中把電能轉(zhuǎn)換成機械能的動力部件。由驅(qū)動電機及其控制器組成，典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：

概述在電動汽車上，電驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車中把21分類分類22特點1）以電磁轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)，以加速踏板和制動踏板為輸入控制參數(shù)，要求轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速、波動??；2）要求驅(qū)動電機有較寬的調(diào)速范圍，電機能在四象限內(nèi)工作；3）電機低速能輸出大扭矩和較大過載倍速（2~4倍），高速取有一定功率輸出；4）驅(qū)動系統(tǒng)高效、電磁兼容性好且易于維護(hù)；5）良好的可靠性、耐溫、耐潮濕，在惡劣的緩解下能長期運轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡單、能批量生產(chǎn)。

四象限工作是指其運行機械特性曲線在數(shù)學(xué)軸上的四個象限都可以運行，第一象限正轉(zhuǎn)電動狀態(tài)；第二象限回饋制動狀態(tài)；第三象限反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)；第四象限反接制動狀態(tài)。特點1）以電磁轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)，以加速踏板和制動踏板為輸入控制23電機要求1）高電壓---在允許范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，以減少電機尺寸和導(dǎo)線截面積，以降低功率轉(zhuǎn)換器的成本；2）質(zhì)量輕---盡量采用鋁合金外殼，電機控制器和冷卻系統(tǒng)也需要降低質(zhì)量；3）啟動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬---使電動車有良好的起動性能；4）高效率、低損耗---具備再生制動能量回收，可以達(dá)到總能量的10~15%；5）電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的安全性須符合有關(guān)國標(biāo)；6）高可靠性---耐溫耐潮濕、抗震動、運行時噪音低。電機要求1）高電壓---在允許范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，以減24電機主要性能參數(shù)電機主要性能參數(shù)25電機主要性能參數(shù)額定電壓：在額定工況下，電機定子繞組應(yīng)輸入的線電壓值；額定電流：在額定電壓下，電機軸上輸出的機械功率為額定功率時，電機定子繞組通過的線電流值；額定轉(zhuǎn)速：在額定電壓輸入下，以額定功率輸出時對應(yīng)的電機最低轉(zhuǎn)速；額定功率：在額定條件下，電機軸上輸出的機械功率；最高轉(zhuǎn)速：在無帶載條件下，電機允許旋轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速；額定轉(zhuǎn)矩：電機在額定功率和額定轉(zhuǎn)速下的輸出轉(zhuǎn)矩；峰值轉(zhuǎn)矩：電機在規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)允許輸出的最大轉(zhuǎn)矩；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：電機轉(zhuǎn)子在所有角位堵住時所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最小測得值；機械效率：額定運行時電機軸上輸出的機械效率與電源輸入功率之比值；整體效率：電機轉(zhuǎn)軸輸出功率與控制器輸入功率之比值；電機主要性能參數(shù)額定電壓：在額定工況下，電機定子繞組應(yīng)輸入的26常用電機性能比較序號性能項目直流電機交流異步電機永磁同步電機開關(guān)磁阻電機1功率密度低中高較高2轉(zhuǎn)矩性能一般好好好3轉(zhuǎn)速范圍rpm4000~60009000~150004000~10000>150004功率因素_82~8590~9360~655峰值效率%85~8994~9595~9785~906負(fù)荷效率80~8790~9285~9778~867過載能力%200300~500300300~5008恒功率區(qū)-1:51:2.251:39可靠性差好優(yōu)良好10結(jié)構(gòu)緊固性差好一般優(yōu)良11電機外形尺寸大中小小12電機質(zhì)量重中輕輕13控制操作性能最好好好好14控制器成本低高高一般常用電機性能比較序號性能項目直流電機交流異步電機永磁同步電機27評價指標(biāo)評價指標(biāo)28舉例：三相異步電動機銘牌內(nèi)容1）生產(chǎn)廠家名稱2）電機名稱如：電動汽車用變頻調(diào)速三相異步電動機3）型號表示產(chǎn)品性能、結(jié)構(gòu)和用途的代號；4）額定功率

5）額定電壓

6）額定電流

7）額定頻率

8）額定轉(zhuǎn)速

9）最高轉(zhuǎn)速10）額定轉(zhuǎn)矩11）峰值功率12）接法在額定電壓下定子繞組的接線方式，有星型和三角形13）絕緣等級14）防護(hù)等級如IP6715）工作制，分為：S1—連續(xù)運行；S2—短時運行；S3:斷續(xù)運行16）額定功率因數(shù)額定功率輸出情況下，定子繞組相電壓與相電流之間相位角的余弦，一般為0.7~0.9；功率因素越高，電利用率越高17）電機質(zhì)量18)冷卻方式如：水冷19）生產(chǎn)日期舉例：三相異步電動機銘牌內(nèi)容1）生產(chǎn)廠家名稱29電機控制器 MotorControlUnit(MCU)

MCU是新能源汽車特有的核心功率電子單元，通過接收VCU的車輛行駛控制指令，控制電動機輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動車輛行駛。

實現(xiàn)把動力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電、并驅(qū)動電機本體輸出機械能。

同時，MCU具有電機系統(tǒng)故障診斷保護(hù)和存儲功能。電機控制器 MotorControlUnit(MCU)30電機控制器組成MCU由外殼及冷卻系統(tǒng)、功率電子單元、控制電路、底層軟件和控制算法軟件組成，具體結(jié)構(gòu)如下所示電機控制器組成MCU由外殼及冷卻系統(tǒng)、功率電子單元、控制電路31電機控制器組成 MCU硬件電路采用模塊化、平臺化設(shè)計理念（核心模塊與VCU同平臺），功率驅(qū)動部分采用多重診斷保護(hù)功能電路設(shè)計，功率回路部分采用汽車級IGBT模塊并聯(lián)技術(shù)、定制母線電容和集成母排設(shè)計；結(jié)構(gòu)部分采用高防護(hù)等級、集成一體化液冷設(shè)計。 MCU底層軟件以AUTOSAR開放式系統(tǒng)架構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到ECU開發(fā)共同平臺的發(fā)展目標(biāo)，模塊化軟件組件以軟件復(fù)用為目標(biāo)

應(yīng)用層軟件按照功能設(shè)計一般可分為四個模塊：狀態(tài)控制、矢量算法、需求轉(zhuǎn)矩計算和診斷模塊。其中，矢量算法模塊分為MTPA控制和弱磁控制電機控制器組成 MCU硬件電路采用模塊化、平臺化設(shè)計理念（核32電機控制器控制技術(shù)MCU關(guān)鍵技術(shù)如下基于32位高性能雙核主處理器；汽車