新能源汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)檢修 課件 項目3 新能源汽車電機控制器檢修

項目3新能源汽車電機控制器檢修任務(wù)1制動能量回饋強度設(shè)置任務(wù)導(dǎo)入?yún)切〗銊傎I了一輛比亞迪秦PROEV，但是在開車過程中老是感覺減速時車輛存在頓挫現(xiàn)象（拽車），電話咨詢4S店服務(wù)顧問后，推斷可能是因為其將制動能量回饋強度設(shè)置為了“較大”級別。服務(wù)顧問指導(dǎo)吳小姐更改制動能量回饋強度級別之后，車輛恢復(fù)正常。新能源汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)檢修1.掌握制動能量回饋的基本原理和控制策略。2.理解制動能量回饋系統(tǒng)的能量回收模式。3.掌握設(shè)置整車制動能量回饋強度。4.能夠通過整車數(shù)據(jù)和解碼儀判斷能量回饋系統(tǒng)的工作狀況。5.認真嚴謹、積極主動。安全生產(chǎn)，文明施工。6.與小組成員、同學(xué)之間能合作交流，協(xié)調(diào)工作。7.獲得分析問題和解決問題的基本方法。任務(wù)目標01/02/制動能量回饋的控制策略制動能量回饋系統(tǒng)的作用與分類CONTENT03/制動能量回饋的基本原理目錄04/制動能量回饋系統(tǒng)的能量回收模式新授Newlesson01PARTONE一、制動能量回饋系統(tǒng)的作用與分類制動能量回饋系統(tǒng)也稱“制動能量回收系統(tǒng)”或“再生制動”，該系統(tǒng)的作用是在新能源汽車減速制動（或者滑行）時將汽車的部分動能轉(zhuǎn)化為電能，并將電能儲存在儲能裝置（如各種蓄電池、超級電容和超高速飛輪）中，最終增加新能源汽車的續(xù)駛里程。如圖所示。一、制動能量回饋系統(tǒng)的作用與分類上圖所示為制動能量轉(zhuǎn)換原理圖。電動汽車在制動減速或停車過程中，電機處于發(fā)電機工況，制動能量回饋系統(tǒng)完成從汽車動能到蓄電池電能的轉(zhuǎn)化，這就是制動能量的回收過程。電動汽車在驅(qū)動過程中，電機處于驅(qū)動工況，儲存的電能，通過電機驅(qū)動，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，這就是能量消耗的過程。一、制動能量回饋系統(tǒng)的作用與分類制動初始速度和終止速度、電動汽車質(zhì)量等；影響制動總能量的因素如再生制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)布置形式、電動汽車結(jié)構(gòu)(滾動阻力消耗、空氣阻力消耗等)、制動力分配策略(摩擦制動損耗)和制動強度等；影響可回收能量的因素如電動機和電池工作特性、傳動系統(tǒng)特性、各部件及傳遞線路損耗和控制器損耗等。影響再生制動回收能量的因素影響能量回收的因素主要可分為3類：一、制動能量回饋系統(tǒng)的作用與分類制動總能量、可回收能量和再生制動回收能量三者之間的關(guān)系如圖所示。一、制動能量回饋系統(tǒng)的作用與分類電動汽車的制動方式應(yīng)考慮機械制動和電氣制動兩種類型的結(jié)合，盡可能多地用回饋發(fā)電方式取代機械式制動。根據(jù)電動機的磁極數(shù)與繞組分布形成實際磁極數(shù)的關(guān)系在電動汽車制動和滑行時，通過控制系統(tǒng)將電動機的狀態(tài)改為發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)電機發(fā)出的電能存儲于電池之中，這樣既可減小機械制動系統(tǒng)的損耗，又能提高整車能量使用效率，達到節(jié)約能源和提高電動汽車續(xù)駛里程的目的。電動機制動的方法可分為機械制動和電氣制動兩大類。一般來講，在動力電池充電效率為100%，電動機效率、制動回饋效率為50%，車輛總消耗能量的50%用于獲得車輛動能的設(shè)定條件下，基于能量守恒而解析計算得到，采用再生制動能量回收可提高車輛續(xù)駛里程33%。二、制動能量回饋的控制策略制動能量回收的控制策略是指在確保整車制動的安全、穩(wěn)定和舒適性的情況下，根據(jù)加速踏板的開度、車輛行駛的速度、蓄電池的荷電狀態(tài)和電動機的工作特性等諸多參數(shù)，同時考慮到蓄電池存儲能量的能力、電機的能量回饋功率以及發(fā)電效率等諸多限制條件，控制純電動汽車的機械摩擦制動和電機制動，使制動能量的回收量最多的控制方法。目前主要有三種不同的制動控制策略：理想制動力分配控制策略、最佳制動能量回饋控制策略和前后制動力固定比值控制策略。二、制動能量回饋的控制策略理想制動力分配控制策略1理想制動力分配控制策略能充分利用地面附著條件，使制動距離最短，制動時汽車方向穩(wěn)定性也好，不僅如此，理想制動力分配控制策略回收制動能量的效果相當好，但控制系統(tǒng)較復(fù)雜，適用于全可控的混合制動系統(tǒng)。理想制動力分配控制策略以使車輛的制動距離最小化為控制目標，控制施加在前后輪上的制動力，同時給駕駛?cè)颂峁┳罴训闹苿臃较蚍€(wěn)定性。要想實現(xiàn)這兩個目的，要求施加在前后輪上的制動力遵循理想的制動力分配曲線。理想制動力分配二、制動能量回饋的控制策略最佳制動能量回饋控制策略2在符合制動要求的條件下，最佳制動能量回饋控制策略的原理是在滿足對應(yīng)于給定減速度指令的總制動力情況下，向前輪分配更多的制動力。因此，對于能量回饋制動，將有更多的制動能量可得到回收。這種控制策略對并聯(lián)式的混合制動系統(tǒng)與全可控的混合制動系統(tǒng)均適用。

二、制動能量回饋的控制策略前后制動力固定比值控制策略3前后制動力固定比值控制策略對于常規(guī)機械制動系統(tǒng)，前后輪制動力的分配比例是固定的。對電動汽車的混合制動系統(tǒng)而言，前后制動力固定比值控制策略是指前輪（前輪驅(qū)動）的總制動力（摩擦制動力與電力制動力之和）與后輪摩擦制動力的比值在一定的制動減速度范圍內(nèi)是固定的。為了獲得較大的制動能量回饋，這種控制策略主要用于前輪驅(qū)動汽車并聯(lián)式的混合制動系統(tǒng)，即在制動主缸中安裝檢測主缸液壓的壓力傳感器，使施加在驅(qū)動輪上的電動機制動力正比于制動主缸中的液壓力。一般而言，回饋發(fā)電制動只能起到限制電動機轉(zhuǎn)子速度過高的作用，即不讓汽車的速度比同步速度高出很多，但無法使其小于同步轉(zhuǎn)速。也就是說，回饋發(fā)電制動僅僅能起到穩(wěn)定運行的作用。三、制動能量回饋的基本原理純電動汽車制動能量回收系統(tǒng)的組成1純電動汽車制動能量回收系統(tǒng)主要由整車控制器、儲能系統(tǒng)(動力電池組)、電機控制器、驅(qū)動電機、液壓系統(tǒng)以及傳動裝置等部分組成。如下圖所示。三、制動能量回饋的基本原理純電動汽車制動能量回收系統(tǒng)的組成1整車控制器接收到加速踏板開度為0%時，VCU通過動力CAN向電機控制發(fā)出能量回收指令，電機的反電動勢通過電機控制器整流后給動力電池充電。BMC通過動力CAN向VCU反饋當前的動力電池信息。根據(jù)電動機的磁極數(shù)與繞組分布形成實際磁極數(shù)的關(guān)系當純電動車輛電池組SOC＞95%/插電混動車輛電池組SOC＞93%時，能量回收的電流不輸送給動力電池，整車控制器通過CAN總線給電機控制器信號來控制驅(qū)動電機工作于驅(qū)動與發(fā)電模式，實現(xiàn)對汽車的正常行駛與制動。從上圖可知三、制動能量回饋的基本原理純電動汽車制動能量回饋系統(tǒng)的工作原理2根據(jù)制動能量回饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及工作原理，由電機控制器控制逆變器以及整流電路等開關(guān)管導(dǎo)通與斷開，來實現(xiàn)車輛在爬坡或加速行駛時電池向電機和負載供電，以及在減速制動時電機對電池進行充電。下圖為電動機控制器控制逆變器。三、制動能量回饋的基本原理純電動汽車制動能量回饋系統(tǒng)的工作原理2純電動汽車在勻速或者加速行駛過程中，電動機工作于電動模式；根據(jù)電動機的磁極數(shù)與繞組分布形成實際磁極數(shù)的關(guān)系在減速制動行駛過程中，電動機工作于發(fā)電模式，此時進行能量回饋。以水磁無刷直流電動機為例，其具有電動以及發(fā)電這兩種工作模式三、制動能量回饋的基本原理純電動汽車制動能量回饋系統(tǒng)的工作原理2當電動機工作為電動模式時，逆變器下半橋的開關(guān)管處于常通狀態(tài)，對上半橋的開關(guān)管進行PWM控制，通過控制電動機的三相按順序?qū)ǘa(chǎn)生轉(zhuǎn)矩推動汽車行駛。當電動機從電動模式切換到發(fā)電模式時，逆變器上半橋的開關(guān)管處于截止狀態(tài)，對逆變器的下半橋開關(guān)管進行PWM控制，假設(shè)下半橋某開關(guān)管導(dǎo)通，回路電流逐漸上升，相電感積蓄能量，此為續(xù)流過程，如上圖所示。三、制動能量回饋的基本原理純電動汽車制動能量回饋系統(tǒng)的工作原理2然后把該開關(guān)管進行關(guān)閉，續(xù)流過程的回路斷開，此時三相繞組中有很高的電動勢產(chǎn)生，即電動機電壓大于電池電壓，故向電池充電，此過程為充電過程，如上圖所示。電動機進行回饋制動時，相變量的電角度為0~60°的電流情況。三、制動能量回饋的基本原理純電動汽車制動能量回饋系統(tǒng)的工作原理2當開關(guān)管VT2導(dǎo)通時，形成了VT2→VD4二極管→B相繞組→A相繞組→VT2的續(xù)流回路，該能量存儲于電動機的繞組電感中，因此其電流不斷增大。續(xù)流過程關(guān)斷VT2管，使續(xù)流過程切換至充電過程，充電回路為A相繞組→VD2二極管→雙向DC/DC變換器—電池→VD4二極管→B相→A相，續(xù)流過程中儲存在電感中的能量將被釋放出來，存儲到蓄電池中，因此其電流不斷減小。充電過程四、制動能量回饋系統(tǒng)的能量回收模式發(fā)動機關(guān)閉時滑行/制動狀態(tài)下的能量回收模式1在發(fā)動機關(guān)閉時滑行/制動狀態(tài)下，發(fā)動機與電機離合器分離，電機/發(fā)電機離合器接合，能量僅通過電機/發(fā)電機回收。在發(fā)動機關(guān)閉時滑行/制動狀態(tài)下的能量回收模式四、制動能量回饋系統(tǒng)的能量回收模式發(fā)動機倒拖時滑行/制動狀態(tài)下的能量回收模式2在發(fā)動機倒拖時滑行/制動狀態(tài)下，發(fā)動機與電機離合器閉合，電機/發(fā)電機離合器閉合，能量除了通過電機/發(fā)電機回收外，一部分用于發(fā)動機制動（此時發(fā)動機切斷燃油供給）。在發(fā)動機倒拖時滑行/制動狀態(tài)下的能量回收模式四、制動能量回饋系統(tǒng)的能量回收模式發(fā)動機起動時滑行/制動狀態(tài)下的能量回收模式3在發(fā)動機起動時滑行/制動狀態(tài)下，發(fā)動機與電機離合器打開，電機/發(fā)電機離合器接合，能量僅通過電機/發(fā)電機回收。發(fā)動機啟動時滑行/制動狀態(tài)下的能量回收模式實訓(xùn)PracticalTraining02PARTTWO任務(wù)實施實訓(xùn)準備序號設(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

□是□否3

□是□否4

□是□否5

□是□否6

□是□否7

□是□否8

□是□否質(zhì)檢意見原因：□是□否任務(wù)實施

實訓(xùn)工單姓名

班級（專業(yè)）

完成日期

實訓(xùn)任務(wù)1：通過儀表判斷制動能量回饋系統(tǒng)工作狀況序號操作步驟記錄完成情況1記錄檢修車型臺架□已完成□未完成□2設(shè)置能量回饋模式標準能量□已完成□未完成□3車速提至最高車速：km/h已完成□未完成□4觀察功率指針現(xiàn)象功率指針指向動力電池放電功率指針指向動力電池充電已完成□未完成□任務(wù)實施實訓(xùn)任務(wù)2：通過解碼儀判斷制動能量回饋系統(tǒng)工作狀況序號操作步驟記錄完成情況1記錄檢修車型臺架□已完成□未完成□2讀取數(shù)據(jù)流讀取數(shù)據(jù)流過程：選擇車輛制造商--數(shù)據(jù)流已完成□未完成□3車輛操作車輛操作過程：設(shè)置車輛較大能量回饋--汽車即可進入能量回饋過程已完成□未完成□4記錄電池組當前總電流數(shù)據(jù)流變化正到負□已完成□未完成□5得出結(jié)論電流示數(shù)為動力電池放電電流示數(shù)為動力電池充電已完成□未完成□任務(wù)實施6S現(xiàn)場管理序號操作步驟完成情況備注1建立安全操作環(huán)境已完成□

2清理及整理工具量具已完成□

3清理及復(fù)原設(shè)備已完成□

4清理場地已完成□

5物品回收和環(huán)保已完成□

6完善和檢查工單已完成□項目3新能源汽車電機控制器檢修任務(wù)2絕緣柵雙極型晶體管檢測任務(wù)導(dǎo)入小李來到4S店面試，面試官提供了一臺秦EV前驅(qū)總成上的IGBT驅(qū)動板，要求他快速且熟練的檢測其好壞。如果你是小李，你能通過面試官的測試嗎？新能源汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)檢修1.了解IGBT的定義。2.掌握IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理。3.了解IGBT的應(yīng)用。4.完成電機控制器IGBT模塊檢測。5.掌握檢測正確IGBT驅(qū)動板的方法。6.與小組成員、同學(xué)之間能合作交流，協(xié)調(diào)工作。7.獲得分析問題和解決問題的基本方法。任務(wù)目標01/02/IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理IGBT的定義CONTENT03/IGBT的功能目錄04/IGBT的發(fā)展與應(yīng)用新授Newlesson01PARTONE一、IGBT的定義下圖所示的的絕緣柵雙極型晶體管（簡稱IGBT），是20世紀80年代發(fā)展起來的一種電壓控制型雙極型復(fù)合器件，是一種由MOS（絕緣柵型場效應(yīng)管）和BJT（雙極型三極管）組合成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，被認為是電動汽車的核心技術(shù)之一。一、IGBT的定義IGBT兼有MOSFET（金氧半場效晶體管）的高輸入阻抗和GTR（電力晶體管）的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。GBT非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。作為MOSFET和GTR兩種器件優(yōu)點的“集大成者”，IGBT的驅(qū)動功率小且飽和壓降低，開關(guān)速度快且開關(guān)損耗小，在高壓、大電流和高速等方面具備其他功率器件不可比擬的優(yōu)勢。優(yōu)點二、IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理上圖所示的IGBT是由一個PNP型三極管和增強型N溝道MOS管組合而成的，這種IGBT稱為N-IGBT，用圖（d）所示圖形符號表示。IGBT有三個極：C極（集電極）、G極（柵極）和E極（發(fā)射極）。相應(yīng)的還有P溝道IGBT，稱為P-IGBT，將圖（d）所示圖形符號中的箭頭改為由E極指向G極即為P-IGBT的圖形符號。（a）外形（b）結(jié)構(gòu)（c）等效圖（d）圖形符號二、IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理電力電子設(shè)備中主要采用N-IGBT，以下圖所示電路來說明N-IGBT的工作原理。N-IGBT工作原理說明圖二、IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理根據(jù)電動機的磁極數(shù)與繞組分布形成實際磁極數(shù)的關(guān)系從上圖可以得知電源

通過開關(guān)S為IGBT提供

電壓，電源

經(jīng)

為IGBT提供電壓。當開關(guān)S閉合時，IGBT的G、E極之間獲得電壓

，只要

電壓大于開啟電壓（2～6V），IGBT內(nèi)部的NMOS管就有導(dǎo)電溝道形成，NMOS管D、S極之間導(dǎo)通，為三極管電流提供通路，三極管導(dǎo)通。有電流

從IGBT的C極流入，經(jīng)三極管E極后分成

和

兩路電流，

電流流經(jīng)NMOS管的D、S極，

電流從三極管的集電極流出，

電流匯合成電流從IGBT的E極流出，即IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)。當開關(guān)S斷開后，

電壓為0V，NMOS管導(dǎo)電溝道夾斷（消失），

都為0A，

、

電流也為0A，即IGBT處于截止狀態(tài)。三、IGBT的功能IGBT的主要功能是控制交流電和直流電的轉(zhuǎn)換，同時承擔電壓的高低轉(zhuǎn)換功能，還能將電動機回收的交流電流轉(zhuǎn)換成可供蓄電池充電的電流。IGBT可被視為“非通即斷”的開關(guān)，導(dǎo)通時可被看做導(dǎo)線，斷開時可以充當開路。對此，比亞迪功率器件產(chǎn)品總監(jiān)楊欽耀的解釋是：“功率半導(dǎo)體器件是電流的開關(guān)，在關(guān)斷的時候，能夠保證漏電流和殘余電流很小，且耐受電壓很高。在開通的時候，功率半導(dǎo)體器件能夠保證電阻小、電流大，并且開關(guān)的時間很短?！彼?、IGBT的發(fā)展與應(yīng)用應(yīng)用于邏輯和存儲電路的MOS技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展極大的促進了以功率MOSFET為代表的第二代功率半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)和規(guī)模應(yīng)用，硅基功率MOSFET的成功迅速拓展了電力電子器件在低壓高頻中小功率電力電子裝備中的應(yīng)用。固態(tài)電子器件開始出現(xiàn)并逐漸替代真空管，電力電子產(chǎn)業(yè)基于第一代以雙極型晶體管和晶閘管為代表的功率半導(dǎo)體器件逐步發(fā)展起來，但是其控制和保護較為復(fù)雜且價格昂貴。出于保護環(huán)境的考量，美國國會通過了“電動汽車發(fā)展法”，為大學(xué)和汽車制造商提供資金用以開發(fā)電動汽車技術(shù)。196620世紀70年代20世紀50年代四、IGBT的發(fā)展與應(yīng)用20世紀80年代以絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表的基于MOS和雙極型復(fù)合的第三代功率半導(dǎo)體器件得到迅速發(fā)展，IGBT的高功率密度、電壓驅(qū)動和寬安全工作區(qū)特性使得其成為中大功率、中低頻率電力電子設(shè)備的首選。1996年通用汽車推出了一款命名為GMEVI的電動汽車，該電動汽車研發(fā)時用幾個IGBT替代了逆變器中的48個功率MOS場效應(yīng)晶體管（功率MOSFET），這個方法對電動汽車的商業(yè)化至關(guān)重要，大大推動了電動汽車行業(yè)的發(fā)展。四、IGBT的發(fā)展與應(yīng)用IGBT在新能源汽車中的應(yīng)用較為普遍。在電動汽車的“三電”方面，特斯拉的ModelS使用的是三相異步驅(qū)動電機。充電樁的核心部件也離不開IGBT芯片。有關(guān)信息顯示，在新能源汽車中，IGBT模塊約占整車成本的7%～10%。作為電力電子重要大功率主流器件之一，IGBT已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家用電器、工業(yè)應(yīng)用、消費電子等領(lǐng)域。實訓(xùn)PracticalTraining02PARTTWO任務(wù)實施實訓(xùn)準備序號設(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

□是□否3

□是□否4

□是□否5

□是□否6

□是□否7

□是□否8

□是□否質(zhì)檢意見原因：□是□否任務(wù)實施

實訓(xùn)工單姓名

班級（專業(yè)）

完成日期

實訓(xùn)任務(wù)1：第一組IGBT上橋二極管測試序號操作步驟記錄完成情況1使用萬用表，調(diào)至二極管檔，紅筆固定搭在IGBT的正極銅排，黑筆分別搭在兩個輸出端。測得二極管示數(shù)：已完成□未完成□2交換表筆，黑筆固定搭在IGBT的正極銅排，紅筆分別搭在兩個輸出端。

測得：二極管是否正常：已完成□未完成□任務(wù)實施實訓(xùn)任務(wù)2：第一組IGBT下橋二極管測試序號操作步驟記錄完成情況1表筆紅筆搭在IGBT的負極銅排，黑筆分別搭在輸出端。測得：二極管是否正常：已完成□未完成□2變換表筆，紅筆搭在負極銅排，黑筆搭在輸出端。測得：二極管是否正常：已完成□未完成□任務(wù)實施實訓(xùn)任務(wù)3：其他2組IGBT二極管測試序號操作步驟記錄完成情況4以相同的方式，分別測得剩下的2組IGBT上下橋的二極管示數(shù)，記錄下來。測得：二極管是否正常：已完成□未完成□5查看IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖，對照各組IGBT上下橋的測試數(shù)據(jù)結(jié)果總結(jié)：已完成□未完成□任務(wù)實施6S現(xiàn)場管理序號操作步驟完成情況備注1建立安全操作環(huán)境已完成□

2清理及整理工具量具已完成□

3清理及復(fù)原設(shè)備已完成□

4清理場地已完成□

5物品回收和環(huán)保已完成□

6完善和檢查工單已完成□項目3新能源汽車電機控制器檢修任務(wù)3電機控制器檢測與更換任務(wù)導(dǎo)入小李來到4S店面試，面試官提供了一臺秦EV前驅(qū)總成上的電機控制器，要求他快速且熟練的拆解內(nèi)部的各個零部件，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)動電機及控制系統(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.識別電機控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。5.完成電機控制器的拆卸。6.掌握控制器扼流圈、電機控制器主控板與IGBT驅(qū)動板的拆卸。7.具備正確進行電機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01/02/IPM的主要特征智能功率模塊IPM的認識CONTENT03/IPM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)目錄04/IPM在電動汽車上的應(yīng)用新授Newlesson01PARTONE一、智能功率模塊IPM的認識前驅(qū)總成驅(qū)動電機控制器主要組成包括IPM模塊、IGBT模塊、信號數(shù)據(jù)采集模塊、關(guān)聯(lián)電路等硬件，以及電機控制算法與邏輯保護等軟件部分。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，并可將檢測信號送到CPU。它由高速低工耗的管芯和優(yōu)化的門級驅(qū)動電路以及快速保護電路構(gòu)成。即使發(fā)生負載事故或使用不當,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)動電路緊靠IGBT芯片,驅(qū)動延時小,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、短路保護一般說來,智能功率模塊(IPM)包含有數(shù)字接口電路、驅(qū)動電路、功率器件IGBT、保護電路、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。具備的特點主要有：二、IPM的主要特征當IPM的溫度達到53℃～64℃，電機控制器通過動力CAN在網(wǎng)關(guān)控制器內(nèi)與整車控制器進行通訊，VCU控制散熱風扇低速運轉(zhuǎn)；當VCU接到IPM的溫度>64℃，VCU控制散熱風扇高速運轉(zhuǎn)；VCU接到IPM的溫度>85℃，IPM內(nèi)部的保護電路就會阻止門極驅(qū)動信號，不接受控制輸入信號，直至過熱現(xiàn)象消失，保護器件不受損壞，同時輸出過熱故障信號。當溫度下降到過熱復(fù)位閥值時，電路自動恢復(fù)正常工作。組合儀表點亮電機過熱指示燈，提醒“請檢查動力系統(tǒng)”。4.過熱保護二、IPM的主要特征當車輛在減速或滑行的時候，VCU接收到油門踏板的開度為0%時，VCU在網(wǎng)關(guān)控制器內(nèi)通過動力CAN與電機控制器進行通訊。電機根據(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180度產(chǎn)生的電壓方向（極性）改變一次（進去低電位，出來高電位），從而產(chǎn)生交流方波電。然后經(jīng)過電機控制器內(nèi)的IGBT上的二極管整流變成直流電輸出給動力電池包充電，此工作過程稱為制動能量回收。5.制動能量回收功能二、IPM的主要特征當電機控制器檢測到母線電壓低于電池包標稱電壓15V時，電機控制器通過動力CAN在網(wǎng)關(guān)控制器與電池管理器進行信息交互，電池管理器控制電池包正、負極接觸器斷開。電機控制器根據(jù)母線電壓進行主動泄放。保護電機控制器內(nèi)部電子元件不受損壞。6.驅(qū)動電源欠壓保護二、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，比如：電機出現(xiàn)絕緣不良導(dǎo)致電流過大，電機控制器通過動力CAN網(wǎng)關(guān)控制器內(nèi)與電池管理器進行通訊，電池管理器控制電池包正負極接觸器斷開，電機控制器對電容進行主動泄放，5秒內(nèi)迅速將電容端的電壓釋放到60V以下。若電機控制器的主動泄放失效，電機控制器會啟動被動泄放程序，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/被動泄放保護功能上圖為電機控制器主控板，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.電機控制器電壓跌落保護當車輛在行駛過程中，由于動力電池的某個模組或單體蓄電池下降過快，電機控制器檢測到母線端的電壓下降超過30V時，電機控制器通過動力CAN在網(wǎng)關(guān)控制器與電池管理器進行信息交互，電池管理器控制電池包正、負極接觸器斷開。電機控制器根據(jù)母線電壓進行主動泄放。保護電機控制器內(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為欠壓保護單元、OC為過電流保護單元、SC為短路保護單元、OT為過熱保護單元四個單元。這些保護單元的輸出信號作為或門輸入信號。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～IGBT6組成逆變橋，VDF1～VDF6分別為6個IGBT的續(xù)流二極管。其中IGBT1～IGBT3為上橋臂開關(guān)器件，由3個單獨“浮地直流電源”給3組控制電路供電；IGBT4～IGBT6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)動控制、故障檢測和多種保護電路。內(nèi)部故障保護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就會自行軟關(guān)斷，同時送出故障報警信號。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相控制信號輸入端。UccU上橋臂U相驅(qū)動電源輸入端，UccU為“+”端。GNDU為“-”端。UinV上橋臂V相控制信號輸入端。UccV上橋臂V相驅(qū)動電源輸入端，UccV為“+”端。GNDV為“-”端。UinW上橋臂W相控制信號輸入端。UccW上橋臂W相驅(qū)動電源輸入端，UccW為“+”端。GNDW為“-”端。Ucc下橋臂共用驅(qū)動電源（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制動控制信號輸入端。UinX下橋臂X相控制信號輸入端。UinY下橋臂Y相控制信號輸入端。UinZ下橋臂Z相控制信號輸入端。ALM保護電路動作時的輸出端。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制動輸出端子，減速時可以釋放再生電能的端子。U、V、W變頻器三相輸出端。四、IPM在電動汽車上的應(yīng)用在電動汽車領(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。IPM控制模塊結(jié)構(gòu)框圖四、IPM在電動汽車上的應(yīng)用高度集成的技術(shù)使得IPM能夠顯著簡化整個PWM變頻器的設(shè)計。變頻器開發(fā)工程師只需設(shè)計簡單的絕緣接口和4個或者6個IPM供電電源電路。簡化的外圍電路能夠很好的滿足電動汽車變頻器對于單位體積內(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發(fā)生短路關(guān)斷，浪涌過電壓也不會超過模塊的耐壓極限。純電動汽車應(yīng)用框圖四、IPM在電動汽車上的應(yīng)用如圖所示顯示的是逆變器在發(fā)生相間短路時的IPM內(nèi)部IGBT單元的測試波形。電動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)生相間短路時的關(guān)斷波形實訓(xùn)PracticalTraining02PARTTWO任務(wù)實施實訓(xùn)準備序號設(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

□是□否3

□是□否4

□是□否5

□是□否6

□是□否7

□是□否8

□是□否質(zhì)檢意見原因：□是□否任務(wù)實施

實訓(xùn)工單姓名

班級（專業(yè)）

完成日期

實訓(xùn)任務(wù)1：前驅(qū)動總成電機控制器組成認知序號操作步驟記錄完成情況1識別電機控制器標簽，識別控制器高壓母線，三相電接口，記錄電機標簽與型號。已完成□未完成□任務(wù)實施序號操作步驟記錄完成情況2使用旋轉(zhuǎn)柄與對應(yīng)批頭，松開控制器保護蓋固定螺絲，拆掉控制器保護蓋。

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

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

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，拆下扼流圈保護蓋。

已完成□未完成□任務(wù)實施序號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)實施實訓(xùn)任務(wù)3：電機控制器的電容拆卸與檢測序號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)實施序號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)實施序號操作步驟記錄完成情況6取下電容。查看薄膜電容標準參數(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，若有請及時更換。

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)。若均在電容標準值范圍內(nèi)，說明電容正常，否則電容損壞。

已完成□未完成□任務(wù)實施實訓(xùn)任務(wù)4：電機控制器主控板與IGBT驅(qū)動板的拆卸序號操作步驟記錄完成情況1識別電機控制器主控板結(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)實施序號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低壓插頭。

已完成□未完成□5取下電機控制器主控板，拆卸完成。

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

已完成□未完成□任務(wù)實施序號操作步驟記錄完成情況7識別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)實施序號操作步驟記錄完成情況11使用批頭與旋柄松開IGBT驅(qū)動板固定螺絲，使用套筒和敕輪松開A相母排螺栓，取下銅排和IGBT驅(qū)動板。電機控制器各部件拆卸完成。

已完成□未完成□12識別IGBT驅(qū)動板主要結(jié)構(gòu)位置。如驅(qū)動芯片識別，三組IGBT橋臂，三組IGBT正負極等。

已完成□未完成□任務(wù)實施6S現(xiàn)場管理序號操作步驟完成情況備注1建立安全操作環(huán)境已完成□

2清理及整理工具量具已完成□

3清理及復(fù)原設(shè)備已完成□

4清理場地已完成□

5物品回收和環(huán)保已完成□

6完善和檢查工單已完成□項目3新能源汽車電機控制器檢修任務(wù)4電機控制器數(shù)據(jù)標定任務(wù)導(dǎo)入小李來到某整車廠面試，面試官提供了一臺秦EV前驅(qū)總成上的電機控制器，詢問要如何進行驅(qū)動電機系統(tǒng)臺架標定測試，你能回答這個問題嗎？新能源汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)檢修1.掌握電機控制器的主要功能及其組成。2.了解純電動汽車對電機驅(qū)動系統(tǒng)的要求。3.掌握驅(qū)動電機系統(tǒng)臺架標定及測試的方法。4.掌握驅(qū)動電機系統(tǒng)裝車后的標定及測試方法。5.掌握純電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)的標定。6.認真嚴謹、積極主動。安全生產(chǎn)，文明施工。7.獲得分析問題和解決問題的基本方法。任務(wù)目標01/02/純電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)標定電機控制器的概念CONTENT目錄新授Newlesson01PARTONE一、電機控制器的概念純電動汽車的電機控制器是一個能量轉(zhuǎn)換裝置，其主要功能是實現(xiàn)新能源純電動汽車的電能與機械能之間的轉(zhuǎn)換及逆轉(zhuǎn)換。電機控制器的主要功能及其組成1電機控制器主要由低壓主控電路、高壓驅(qū)動電路、功率電子器件、薄膜電容以及其他配套附件組成。一、電機控制器的概念電機控制器的主要功能及其組成1控制電機轉(zhuǎn)速，執(zhí)行來自整車控制器的目標轉(zhuǎn)速指令實現(xiàn)功能通過高速CAN總線與其他節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換控制電機驅(qū)動機械負載，執(zhí)行來自整車控制器的目標轉(zhuǎn)矩指令控制電機發(fā)電，執(zhí)行來自整車控制器的目標轉(zhuǎn)矩命令實現(xiàn)系統(tǒng)的自我保護，保護控制器本身不受損壞，包括過溫保護、過壓、欠壓保護和過流保護等一、電機控制器的概念純電動汽車對電機驅(qū)動系統(tǒng)的要求2(1)在起步階段，要求電驅(qū)動系統(tǒng)能以最大轉(zhuǎn)矩輸出，以適應(yīng)日常使用快速啟動、加速、爬坡和頻繁啟停要求；(2)峰值轉(zhuǎn)矩至少是額定轉(zhuǎn)矩的1.8～2倍以上，并且持續(xù)時間要求能持續(xù)20～40s；(3)永磁同步電機無論在何種工況下運行，都不應(yīng)出現(xiàn)永磁體退磁的情況；(4)恒功率轉(zhuǎn)速區(qū)要求足夠的寬廣，通常需要是基轉(zhuǎn)速區(qū)域的3～4倍；純電動汽車對電機驅(qū)動系統(tǒng)主要技術(shù)要求如下：一、電機控制器的概念純電動汽車對電機驅(qū)動系統(tǒng)的要求2(5)永磁同步電機的反電動勢電壓需要控制在一個合理的水平范圍內(nèi)，否則在電機控制器失去對電機控制時，一個異常的反電動勢有可能擊穿電機控制器的IGBT；(6)電機需要有較低的轉(zhuǎn)矩脈動和較低的振動和噪聲，在轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性的較寬范圍內(nèi)具有較高的效率；(7)電驅(qū)動系統(tǒng)需要有較高的體積功率密度和較高的系統(tǒng)效率；(8)能適應(yīng)不同環(huán)境如高溫、低溫、高海拔的使用要求；(9)成本具有競爭力。純電動汽車對電機驅(qū)動系統(tǒng)主要技術(shù)要求如下：二、純電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)標定驅(qū)動電機系統(tǒng)臺架標定及測試1以永磁同步電機為例，基于永磁同步電機臺架標定的主要內(nèi)容是電機特性標定、傳感器標定、旋轉(zhuǎn)變壓器零位標定。目前，車用驅(qū)動電機系統(tǒng)的臺架測試都是按照GB／T18488.1和GB／T18488.2的規(guī)定進行的，GB／T18488.1和GB／T18488.2詳細規(guī)定了驅(qū)動電機系統(tǒng)的技術(shù)要求和測試方法。驅(qū)動電機系統(tǒng)屬于法規(guī)件，每一個車用驅(qū)動電機都需要進行國家強制性檢驗并進行公告參數(shù)備案。標定及測試二、純電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)標定驅(qū)動電機系統(tǒng)裝車后的標定及測試2臺架測試不能完全模擬整車狀態(tài)，尤其是壞路，路面不平度為E級及以下路面，4個輪胎附著力不同，負載突變，控制不好容易失控，對驅(qū)動電機系統(tǒng)可靠性是一個巨大的考驗。驅(qū)動電機系統(tǒng)裝車后的標定測試主要是驅(qū)動電機控制器與整車控制器的參數(shù)調(diào)整優(yōu)化，以控制驅(qū)動電機達到理想狀態(tài)。二、純電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)標定驅(qū)動電機系統(tǒng)裝車后的標定及測試2（1）基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)及標定基于CAN總線技術(shù)的標定系統(tǒng)主要由標定控制器、USB-CAN通信模塊和主控PC機端的標定平臺軟件組成，PC機端監(jiān)控及標定界面通過USB-CAN從總線上讀取驅(qū)動電機控制器的通信報文并能實時修改標定參數(shù)，將程序?qū)懭腧?qū)動電機控制器內(nèi)。二、純電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)標定驅(qū)動電機系統(tǒng)裝車后的標定及測試