關(guān)鍵技術(shù)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)課件

純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)

純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)

1目錄車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器動(dòng)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(dòng)電機(jī)及其控制器2概述在電動(dòng)汽車上，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車中把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力部件。由驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器組成，典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：

概述在電動(dòng)汽車上，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車中把3分類分類4特點(diǎn)1）以電磁轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)，以加速踏板和制動(dòng)踏板為輸入控制參數(shù)，要求轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速、波動(dòng)小；2）要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)有較寬的調(diào)速范圍，電機(jī)能在四象限內(nèi)工作；3）電機(jī)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(dòng)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(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能批量生產(chǎn)。

四象限工作是指其運(yùn)行機(jī)械特性曲線在數(shù)學(xué)軸上的四個(gè)象限都可以運(yùn)行，第一象限正轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)；第二象限回饋制動(dòng)狀態(tài)；第三象限反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)；第四象限反接制動(dòng)狀態(tài)。特點(diǎn)1）以電磁轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)，以加速踏板和制動(dòng)踏板為輸入控制5電機(jī)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(jī)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(jī)控制器和冷卻系統(tǒng)也需要降低質(zhì)量；3）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬---使電動(dòng)車有良好的起動(dòng)性能；4）高效率、低損耗---具備再生制動(dòng)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(guó)標(biāo)；6）高可靠性---耐溫耐潮濕、抗震動(dòng)、運(yùn)行時(shí)噪音低。電機(jī)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(jī)主要性能參數(shù)電機(jī)主要性能參數(shù)7電機(jī)主要性能參數(shù)額定電壓：在額定工況下，電機(jī)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(jī)軸上輸出的機(jī)械功率為額定功率時(shí)，電機(jī)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(shí)對(duì)應(yīng)的電機(jī)最低轉(zhuǎn)速；額定功率：在額定條件下，電機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率；最高轉(zhuǎn)速：在無(wú)帶載條件下，電機(jī)允許旋轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速；額定轉(zhuǎn)矩：電機(jī)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(jī)在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)允許輸出的最大轉(zhuǎn)矩；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：電機(jī)轉(zhuǎn)子在所有角位堵住時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最小測(cè)得值；機(jī)械效率：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)軸上輸出的機(jī)械效率與電源輸入功率之比值；整體效率：電機(jī)轉(zhuǎn)軸輸出功率與控制器輸入功率之比值；電機(jī)主要性能參數(shù)額定電壓：在額定工況下，電機(jī)定子繞組應(yīng)輸入的8常用電機(jī)性能比較序號(hào)性能項(xiàng)目直流電機(jī)交流異步電機(jī)永磁同步電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)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(jī)外形尺寸大中小小12電機(jī)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(jī)性能比較序號(hào)性能項(xiàng)目直流電機(jī)交流異步電機(jī)永磁同步電機(jī)9評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)10舉例：三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌內(nèi)容1）生產(chǎn)廠家名稱2）電機(jī)名稱如：電動(dòng)汽車用變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)3）型號(hào)表示產(chǎn)品性能、結(jié)構(gòu)和用途的代號(hào)；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(jí)14）防護(hù)等級(jí)如IP6715）工作制，分為：S1—連續(xù)運(yùn)行；S2—短時(shí)運(yùn)行；S3:斷續(xù)運(yùn)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(jī)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(dòng)機(jī)銘牌內(nèi)容1）生產(chǎn)廠家名稱11電機(jī)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(dòng)機(jī)輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

實(shí)現(xiàn)把動(dòng)力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電、并驅(qū)動(dòng)電機(jī)本體輸出機(jī)械能。

同時(shí)，MCU具有電機(jī)系統(tǒng)故障診斷保護(hù)和存儲(chǔ)功能。電機(jī)控制器 MotorControlUnit(MCU)12電機(jī)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(jī)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(jī)控制器組成 MCU硬件電路采用模塊化、平臺(tái)化設(shè)計(jì)理念（核心模塊與VCU同平臺(tái)），功率驅(qū)動(dòng)部分采用多重診斷保護(hù)功能電路設(shè)計(jì)，功率回路部分采用汽車級(jí)IGBT模塊并聯(lián)技術(shù)、定制母線電容和集成母排設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)部分采用高防護(hù)等級(jí)、集成一體化液冷設(shè)計(jì)。 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(tái)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(jì)一般可分為四個(gè)模塊：狀態(tài)控制、矢量算法、需求轉(zhuǎn)矩計(jì)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(jī)控制器組成 MCU硬件電路采用模塊化、平臺(tái)化設(shè)計(jì)理念（核14電機(jī)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(jí)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(jì)基于AutoSAR架構(gòu)平臺(tái)軟件及先進(jìn)SVPWMPMSM控制算法；高防護(hù)等級(jí)殼體及集成一體化水冷散熱設(shè)計(jì)電機(jī)控制器控制技術(shù)MCU關(guān)鍵技術(shù)如下15電機(jī)發(fā)展方向1）高速化下的小型輕量化（堅(jiān)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(zhǎng)及高可靠性；5）低噪音；6）成本低電機(jī)發(fā)展方向1）高速化下的小型輕量化（堅(jiān)固性）；16電機(jī)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(dòng)已占大多數(shù)，以后研究方向還是在交流驅(qū)動(dòng)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(shí)際應(yīng)用，提高驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能和魯棒性；高性能的無(wú)速度傳感器控制方法已成為研究熱點(diǎn)；采用智能控制技術(shù)以對(duì)電極參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)精確辨識(shí)。電機(jī)控制器發(fā)展方向1）功率器件發(fā)展方向17電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)---市場(chǎng)情況課外題：1）目前市面上主要有哪些生產(chǎn)車用電機(jī)的廠家2）有哪些比較典型的電機(jī)控制器廠家3）本企業(yè)的產(chǎn)品使用什么類型的電機(jī)以及供貨廠家4）價(jià)格走勢(shì)電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)---市場(chǎng)情況課外題：18純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)

純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)

19目錄車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器動(dòng)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(dòng)電機(jī)及其控制器20概述在電動(dòng)汽車上，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車中把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力部件。由驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器組成，典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：

概述在電動(dòng)汽車上，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車中把21分類分類22特點(diǎn)1）以電磁轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)，以加速踏板和制動(dòng)踏板為輸入控制參數(shù)，要求轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速、波動(dòng)??；2）要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)有較寬的調(diào)速范圍，電機(jī)能在四象限內(nèi)工作；3）電機(jī)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(dòng)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(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能批量生產(chǎn)。

四象限工作是指其運(yùn)行機(jī)械特性曲線在數(shù)學(xué)軸上的四個(gè)象限都可以運(yùn)行，第一象限正轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)；第二象限回饋制動(dòng)狀態(tài)；第三象限反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)；第四象限反接制動(dòng)狀態(tài)。特點(diǎn)1）以電磁轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)，以加速踏板和制動(dòng)踏板為輸入控制23電機(jī)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(jī)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(jī)控制器和冷卻系統(tǒng)也需要降低質(zhì)量；3）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬---使電動(dòng)車有良好的起動(dòng)性能；4）高效率、低損耗---具備再生制動(dòng)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(guó)標(biāo)；6）高可靠性---耐溫耐潮濕、抗震動(dòng)、運(yùn)行時(shí)噪音低。電機(jī)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(jī)主要性能參數(shù)電機(jī)主要性能參數(shù)25電機(jī)主要性能參數(shù)額定電壓：在額定工況下，電機(jī)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(jī)軸上輸出的機(jī)械功率為額定功率時(shí)，電機(jī)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(shí)對(duì)應(yīng)的電機(jī)最低轉(zhuǎn)速；額定功率：在額定條件下，電機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率；最高轉(zhuǎn)速：在無(wú)帶載條件下，電機(jī)允許旋轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速；額定轉(zhuǎn)矩：電機(jī)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(jī)在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)允許輸出的最大轉(zhuǎn)矩；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：電機(jī)轉(zhuǎn)子在所有角位堵住時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最小測(cè)得值；機(jī)械效率：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)軸上輸出的機(jī)械效率與電源輸入功率之比值；整體效率：電機(jī)轉(zhuǎn)軸輸出功率與控制器輸入功率之比值；電機(jī)主要性能參數(shù)額定電壓：在額定工況下，電機(jī)定子繞組應(yīng)輸入的26常用電機(jī)性能比較序號(hào)性能項(xiàng)目直流電機(jī)交流異步電機(jī)永磁同步電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)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(jī)外形尺寸大中小小12電機(jī)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(jī)性能比較序號(hào)性能項(xiàng)目直流電機(jī)交流異步電機(jī)永磁同步電機(jī)27評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)28舉例：三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌內(nèi)容1）生產(chǎn)廠家名稱2）電機(jī)名稱如：電動(dòng)汽車用變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)3）型號(hào)表示產(chǎn)品性能、結(jié)構(gòu)和用途的代號(hào)；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(jí)14）防護(hù)等級(jí)如IP6715）工作制，分為：S1—連續(xù)運(yùn)行；S2—短時(shí)運(yùn)行；S3:斷續(xù)運(yùn)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(jī)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(dòng)機(jī)銘牌內(nèi)容1）生產(chǎn)廠家名稱29電機(jī)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(dòng)機(jī)輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

實(shí)現(xiàn)把動(dòng)力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電、并驅(qū)動(dòng)電機(jī)本體輸出機(jī)械能。

同時(shí)，MCU具有電機(jī)系統(tǒng)故障診斷保護(hù)和存儲(chǔ)功能。電機(jī)控制器 MotorControlUnit(MCU)30電機(jī)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(jī)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(jī)控制器組成 MCU硬件電路采用模塊化、平臺(tái)化設(shè)計(jì)理念（核心模塊與VCU同平臺(tái)），功率驅(qū)動(dòng)部分采用多重診斷保護(hù)功能電路設(shè)計(jì)，功率回路部分采用汽車級(jí)IGBT模塊并聯(lián)技術(shù)、定制母線電容和集成母排設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)部分采用高防護(hù)等級(jí)、集成一體化液冷設(shè)計(jì)。 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(tái)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(jì)一般可分為四個(gè)模塊：狀態(tài)控制、矢量算法、需求轉(zhuǎn)矩計(jì)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(jī)控制器組成 MCU硬件電路采用模塊化、平臺(tái)化設(shè)計(jì)理念（核32電機(jī)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