【課件】3-3 電機(jī)控制器檢測與更換

項(xiàng)目3新能源汽車電機(jī)控制器檢修任務(wù)3電機(jī)控制器檢測與更換任務(wù)導(dǎo)入小李來到4S店面試，面試官提供了一臺(tái)秦EV前驅(qū)總成上的電機(jī)控制器，要求他快速且熟練的拆解內(nèi)部的各個(gè)零部件，并能檢測各部件好壞。如果你是小李，你能通過面試官的測試嗎？新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修1.了解IPM的定義。2.掌握IPM的結(jié)構(gòu)與工作原理。3.了解IPM的應(yīng)用。4.識(shí)別電機(jī)控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。5.完成電機(jī)控制器的拆卸。6.掌握控制器扼流圈、電機(jī)控制器主控板與IGBT驅(qū)動(dòng)板的拆卸。7.具備正確進(jìn)行電機(jī)控制器電容的拆卸與檢測的能力。8.與小組成員、同學(xué)之間能合作交流，協(xié)調(diào)工作。9.獲得分析問題和解決問題的基本方法。任務(wù)目標(biāo)01/02/IPM的主要特征智能功率模塊IPM的認(rèn)識(shí)CONTENT03/IPM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)目錄04/IPM在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用新授Newlesson01PARTONE一、智能功率模塊IPM的認(rèn)識(shí)前驅(qū)總成驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器主要組成包括IPM模塊、IGBT模塊、信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊、關(guān)聯(lián)電路等硬件，以及電機(jī)控制算法與邏輯保護(hù)等軟件部分。其中IPM（IntelligentPowerModule）是指智能功率模塊，把功率開關(guān)器件（IGBT）和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，而且內(nèi)有過電壓、過電流和過溫等故障檢測電路，并可將檢測信號(hào)送到CPU。它由高速低工耗的管芯和優(yōu)化的門級(jí)驅(qū)動(dòng)電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成。即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng),IPM自身也不受損壞。二、IPM的主要特征IPM內(nèi)的IGBT芯片都選用高速型,而且驅(qū)動(dòng)電路緊靠IGBT芯片,驅(qū)動(dòng)延時(shí)小,所以IPM開關(guān)速度快,損耗小。1.開關(guān)速度快IPM內(nèi)部的IGBT導(dǎo)通壓降低,開關(guān)速度快,故IPM功耗小。2.低功耗IPM中的IGBT電流傳感器是射極分流式，采樣電阻上流過的電流很小。3.過電流、短路保護(hù)一般說來,智能功率模塊(IPM)包含有數(shù)字接口電路、驅(qū)動(dòng)電路、功率器件IGBT、保護(hù)電路、內(nèi)部DC-AC/AC-DC變換器等部分,是數(shù)?；旌鲜酱笠?guī)模集成電路。具備的特點(diǎn)主要有：二、IPM的主要特征當(dāng)IPM的溫度達(dá)到53℃～64℃，電機(jī)控制器通過動(dòng)力CAN在網(wǎng)關(guān)控制器內(nèi)與整車控制器進(jìn)行通訊，VCU控制散熱風(fēng)扇低速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)VCU接到IPM的溫度>64℃，VCU控制散熱風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)；VCU接到IPM的溫度>85℃，IPM內(nèi)部的保護(hù)電路就會(huì)阻止門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，不接受控制輸入信號(hào)，直至過熱現(xiàn)象消失，保護(hù)器件不受損壞，同時(shí)輸出過熱故障信號(hào)。當(dāng)溫度下降到過熱復(fù)位閥值時(shí)，電路自動(dòng)恢復(fù)正常工作。組合儀表點(diǎn)亮電機(jī)過熱指示燈，提醒“請(qǐng)檢查動(dòng)力系統(tǒng)”。4.過熱保護(hù)二、IPM的主要特征當(dāng)車輛在減速或滑行的時(shí)候，VCU接收到油門踏板的開度為0%時(shí)，VCU在網(wǎng)關(guān)控制器內(nèi)通過動(dòng)力CAN與電機(jī)控制器進(jìn)行通訊。電機(jī)根據(jù)磁場旋轉(zhuǎn)的方法切割導(dǎo)線，旋轉(zhuǎn)磁場是轉(zhuǎn)子，被切割的導(dǎo)線是定子繞組。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（機(jī)械能轉(zhuǎn)換成磁能）產(chǎn)生磁場，定子繞組線圈（磁能轉(zhuǎn)成電能-電磁感應(yīng)）產(chǎn)生電能；每轉(zhuǎn)動(dòng)180度產(chǎn)生的電壓方向（極性）改變一次（進(jìn)去低電位，出來高電位），從而產(chǎn)生交流方波電。然后經(jīng)過電機(jī)控制器內(nèi)的IGBT上的二極管整流變成直流電輸出給動(dòng)力電池包充電，此工作過程稱為制動(dòng)能量回收。5.制動(dòng)能量回收功能二、IPM的主要特征當(dāng)電機(jī)控制器檢測到母線電壓低于電池包標(biāo)稱電壓15V時(shí)，電機(jī)控制器通過動(dòng)力CAN在網(wǎng)關(guān)控制器與電池管理器進(jìn)行信息交互，電池管理器控制電池包正、負(fù)極接觸器斷開。電機(jī)控制器根據(jù)母線電壓進(jìn)行主動(dòng)泄放。保護(hù)電機(jī)控制器內(nèi)部電子元件不受損壞。6.驅(qū)動(dòng)電源欠壓保護(hù)二、IPM的主要特征FPGA芯片的反應(yīng)速度快，在車輛發(fā)生故障時(shí)，比如：電機(jī)出現(xiàn)絕緣不良導(dǎo)致電流過大，電機(jī)控制器通過動(dòng)力CAN網(wǎng)關(guān)控制器內(nèi)與電池管理器進(jìn)行通訊，電池管理器控制電池包正負(fù)極接觸器斷開，電機(jī)控制器對(duì)電容進(jìn)行主動(dòng)泄放，5秒內(nèi)迅速將電容端的電壓釋放到60V以下。若電機(jī)控制器的主動(dòng)泄放失效，電機(jī)控制器會(huì)啟動(dòng)被動(dòng)泄放程序，在2min內(nèi)迅速將電容端的電壓釋放到60V以下，有效保障了維修人員和車輛電子元件的安全。7.主動(dòng)/被動(dòng)泄放保護(hù)功能上圖為電機(jī)控制器主控板，主控板的電路架構(gòu)上使用了一片DSP控制芯片以及一片F(xiàn)PGA芯片二、IPM的主要特征8.電機(jī)控制器電壓跌落保護(hù)當(dāng)車輛在行駛過程中，由于動(dòng)力電池的某個(gè)模組或單體蓄電池下降過快，電機(jī)控制器檢測到母線端的電壓下降超過30V時(shí)，電機(jī)控制器通過動(dòng)力CAN在網(wǎng)關(guān)控制器與電池管理器進(jìn)行信息交互，電池管理器控制電池包正、負(fù)極接觸器斷開。電機(jī)控制器根據(jù)母線電壓進(jìn)行主動(dòng)泄放。保護(hù)電機(jī)控制器內(nèi)部電子元件不受損壞。二、IPM的主要特征9.安裝方便IPM采用陶瓷絕緣結(jié)構(gòu)，直接安裝在絕緣板上。直流輸入（P、N）、制動(dòng)單元輸出（B）和變頻器輸出端子直接用螺釘連接；輸入、輸出控制端子并排成一列，可用通用插座連接。所以主接線端子和控制端接線端子都可以直接拆卸，不需要烙鐵焊接，非常方便。三、IPM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)下圖為IPM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以分為UV為欠壓保護(hù)單元、OC為過電流保護(hù)單元、SC為短路保護(hù)單元、OT為過熱保護(hù)單元四個(gè)單元。這些保護(hù)單元的輸出信號(hào)作為或門輸入信號(hào)。IPM內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖三、IPM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖可見IGBT1～I(xiàn)GBT6組成逆變橋，VDF1～VDF6分別為6個(gè)IGBT的續(xù)流二極管。其中IGBT1～I(xiàn)GBT3為上橋臂開關(guān)器件，由3個(gè)單獨(dú)“浮地直流電源”給3組控制電路供電；IGBT4～I(xiàn)GBT6為下橋臂開關(guān)器件，由一組直流電源供電給3組控制電路。IGBT7為制動(dòng)電路開關(guān)器件，VDW是它的續(xù)流二極管，內(nèi)部具有門極驅(qū)動(dòng)控制、故障檢測和多種保護(hù)電路。內(nèi)部故障保護(hù)電路若檢測到過電流、欠電壓、過熱和短路故障中的任一故障，IPM就會(huì)自行軟關(guān)斷，同時(shí)送出故障報(bào)警信號(hào)。三、IPM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)IPM引腳定義表引腳名稱定義UinU上橋臂U相控制信號(hào)輸入端。UccU上橋臂U相驅(qū)動(dòng)電源輸入端，UccU為“+”端。GNDU為“-”端。UinV上橋臂V相控制信號(hào)輸入端。UccV上橋臂V相驅(qū)動(dòng)電源輸入端，UccV為“+”端。GNDV為“-”端。UinW上橋臂W相控制信號(hào)輸入端。UccW上橋臂W相驅(qū)動(dòng)電源輸入端，UccW為“+”端。GNDW為“-”端。Ucc下橋臂共用驅(qū)動(dòng)電源（Ucc）輸入端，Ucc為“+”端，GND為“-”端。三、IPM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)IPM引腳定義表引腳名稱定義UinDB制動(dòng)控制信號(hào)輸入端。UinX下橋臂X相控制信號(hào)輸入端。UinY下橋臂Y相控制信號(hào)輸入端。UinZ下橋臂Z相控制信號(hào)輸入端。ALM保護(hù)電路動(dòng)作時(shí)的輸出端。P、N變頻裝置整流、平波后主電源（Ud）輸入端，P為“+”端，N為“-”端。B制動(dòng)輸出端子，減速時(shí)可以釋放再生電能的端子。U、V、W變頻器三相輸出端。四、IPM在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，IPM模塊以TMS320LF2407為核心的硬件配置控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要由以下幾部分構(gòu)成:控制器核心TMS320LF2407，外圍接口電路、功率開關(guān)模塊及其驅(qū)動(dòng)。IPM控制模塊結(jié)構(gòu)框圖四、IPM在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用高度集成的技術(shù)使得IPM能夠顯著簡化整個(gè)PWM變頻器的設(shè)計(jì)。變頻器開發(fā)工程師只需設(shè)計(jì)簡單的絕緣接口和4個(gè)或者6個(gè)IPM供電電源電路。簡化的外圍電路能夠很好的滿足電動(dòng)汽車變頻器對(duì)于單位體積內(nèi)功率密度高的要求。如圖所示。即使IPM在直流母線電壓很高時(shí)發(fā)生短路關(guān)斷，浪涌過電壓也不會(huì)超過模塊的耐壓極限。純電動(dòng)汽車應(yīng)用框圖四、IPM在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用如圖所示顯示的是逆變器在發(fā)生相間短路時(shí)的IPM內(nèi)部IGBT單元的測試波形。電動(dòng)汽車通常采用水冷散熱。為提高冷卻能力，水冷的水路應(yīng)設(shè)計(jì)在IPM內(nèi)的IGBT硅片正下方。此外，必須確保這些水路的密封以避免泄露，并選擇合適的位置以消除管道與安裝孔之間的沖突。高效的散熱系統(tǒng)能保證功率循環(huán)壽命和熱循環(huán)壽命。300A/600VIPM發(fā)生相間短路時(shí)的關(guān)斷波形實(shí)訓(xùn)PracticalTraining02PARTTWO任務(wù)實(shí)施實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備序號(hào)設(shè)備及工具圖片設(shè)備及工具名稱數(shù)量設(shè)備及工具是否完好1

□是□否2

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□是□否質(zhì)檢意見原因：□是□否任務(wù)實(shí)施

實(shí)訓(xùn)工單姓名

班級(jí)（專業(yè)）

完成日期

實(shí)訓(xùn)任務(wù)1：前驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器組成認(rèn)知序號(hào)操作步驟記錄完成情況1識(shí)別電機(jī)控制器標(biāo)簽，識(shí)別控制器高壓母線，三相電接口，記錄電機(jī)標(biāo)簽與型號(hào)。已完成□未完成□任務(wù)實(shí)施序號(hào)操作步驟記錄完成情況2使用旋轉(zhuǎn)柄與對(duì)應(yīng)批頭，松開控制器保護(hù)蓋固定螺絲，拆掉控制器保護(hù)蓋。

已完成□未完成□3識(shí)別驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器內(nèi)部主要模塊及主要功能：扼流圈、電容、IPM電機(jī)控制器主控板，IGBT驅(qū)動(dòng)板，溫度傳感器，霍爾電流傳感器等。

已完成□未完成□任務(wù)實(shí)施實(shí)訓(xùn)任務(wù)2：控制器扼流圈的拆卸序號(hào)操作步驟記錄完成情況1使用合適的批頭與旋柄，松開保護(hù)蓋螺絲。合適的力度取下保護(hù)蓋，注意保護(hù)蓋下方有固定膠。

已完成□未完成□2使用合適的批頭與旋柄，松開電容的母線銅排固定螺栓，拆下扼流圈保護(hù)蓋。

已完成□未完成□任務(wù)實(shí)施序號(hào)操作步驟記錄完成情況3使用合適的批頭與旋柄，拆除直流母線外部的固定螺絲，使用工具或合適的力度拔下母線。

已完成□未完成□4取下扼流圈，拆除時(shí)注意下部有固定膠，使用合適的力度或工具取下來。扼流圈有磁性。

已完成□未完成□任務(wù)實(shí)施實(shí)訓(xùn)任務(wù)3：電機(jī)控制器的電容拆卸與檢測序號(hào)操作步驟記錄完成情況1使用套筒嫁接桿，松開電容表面的母排固定螺絲，取下母排。

已完成□未完成□2使用批頭與旋柄松開扼流圈支架固定螺栓。取下支架。

已完成□未完成□任務(wù)實(shí)施序號(hào)操作步驟記錄完成情況3使用批頭與旋柄拆卸薄膜電容的固定螺絲。

已完成□未完成□4使用套筒嫁接桿松開電容與IGBT的固定螺栓。

已完成□未完成□5使用批頭與棘輪拆卸主控板與電容預(yù)充檢測線。

已完成□未完成□任務(wù)實(shí)施序號(hào)操作步驟記錄完成情況6取下電容。查看薄膜電容標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)規(guī)格。觀察薄膜電容外觀是否有鼓包、絕緣層是否有萎縮等情況，若有請(qǐng)及時(shí)更換。

已完成□未完成□7使用萬用表，打開電容檔，紅筆與黑筆分別搭在三組銅排上，測得三組電容示數(shù)。若均在電容標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，說明電容正常，否則電容損壞。

已完成□未完成□任務(wù)實(shí)施實(shí)訓(xùn)任務(wù)4：電機(jī)控制器主控板與IGBT驅(qū)動(dòng)板的拆卸序號(hào)操作步驟記錄完成情況1識(shí)別電機(jī)控制器主控板結(jié)構(gòu)：低壓插頭、連接線、主控板芯片、IGBT驅(qū)動(dòng)板（位于主控板下方）。

已完成□未完成□2使用批頭與旋柄松開控制器主控板上層板螺栓，控制器兩側(cè)的搭鐵線以及溫度傳感器松開。

已完成□未完成□3使用批頭與旋柄松開側(cè)面螺絲。

已完成□未完成□任務(wù)實(shí)施序號(hào)操作步驟記錄完成情況4按住控制器端口卡扣，使用合適的力度拔掉兩個(gè)低壓插頭。

已完成□未完成□5取下電機(jī)控制器主控板，拆卸完成。

已完成□未完成□6松開支架固定螺絲，取下IGBT驅(qū)動(dòng)板與電機(jī)控制器支架。

已完成□未完成□任務(wù)實(shí)施序號(hào)操作步驟記錄完成情況7識(shí)別IGBT的A、B、C三相銅排。電流傳感器檢測三相電流。

已完成□未完成□8拔下電流傳感器的低壓插頭。

已完成□未完成□9使用批頭與旋柄松開電流傳感器兩側(cè)的固定螺栓。

已完成□未完成□10使用套筒，松開BC相母排螺絲，取下電流傳感器與母排。

已完成□未完成□任務(wù)實(shí)施序號(hào)操作步驟記錄完成情況11