《新能源汽車電機及控制系統(tǒng)檢修》 課件 項目三 驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修

新能源汽車電機及控制系統(tǒng)檢修項目三

驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修任務(wù)一

驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的組成任務(wù)二

驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的技術(shù)分析任務(wù)三

驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的檢修任務(wù)一

驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的組成一、電機控制系統(tǒng)的組成及作用二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修一、電機控制系統(tǒng)的組成及作用項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修

驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的性能直接影響車輛動力性、經(jīng)濟性和用戶駕乘感受，是新能源汽車主要的性能指標。

電機控制系統(tǒng)由驅(qū)動電機、高壓配電設(shè)備、電機控制器（MCU）、整車控制器（VCU）、高低壓線束、相關(guān)傳感器組成。一、電機控制系統(tǒng)的組成及作用項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修一、電機控制系統(tǒng)的組成及作用項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修

駕駛員的意圖主要反映在擋把位置、油門踏板位置、制動踏板位置等傳感器上，整車控制器（VCU）根據(jù)這些傳感器的信號通過運算判斷后，發(fā)出各種指令，電機控制器收到指令響應并反饋，實時調(diào)整驅(qū)動電機輸出，以實現(xiàn)整車的怠速、前行、倒車、停車、能量回收以及駐坡等功能。

電機控制器還能與其它設(shè)備通信，并具有對電機以及整車的保護功能，它實時進行狀態(tài)和故障檢測，保護驅(qū)動電機系統(tǒng)和整車安全可靠運行。為了保證電動汽車控制策略的實現(xiàn)，電機控制器需要和整車控制器共同協(xié)作，來實現(xiàn)整車控制的功能。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修1.整車控制器整車控制是根據(jù)駕駛?cè)艘庠负透飨到y(tǒng)實時狀態(tài)，通過對比分析后做出決策，并發(fā)出指令；合理分配動能，使車輛運行在最佳狀態(tài)。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修1.整車控制器整車控制是根據(jù)駕駛?cè)艘庠负透飨到y(tǒng)實時狀態(tài)，通過對比分析后做出決策，并發(fā)出指令；合理分配動能，使車輛運行在最佳狀態(tài)。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.電機控制器

電機控制器是驅(qū)動電機系統(tǒng)的控制中心，北汽EV技術(shù)資料上通常將其簡稱為MCU，吉利帝豪EV技術(shù)資料通常將其簡稱為PEU。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.電機控制器

電機控制器的主要功能是控制電機的旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)方向以及再生能量回收。此外，電機控制器還要對電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器等輸入信號進行處理，并將驅(qū)動電機系統(tǒng)的運行狀態(tài)通過CAN總線發(fā)送給整車控制器。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.電機控制器

北汽EV160的電機控制器開蓋后的整體結(jié)構(gòu)如圖所示，由接口電路、控制主板、IGBT模塊

、超級電容、放電電阻、電流感應器、殼體水道等組成。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.電機控制器（1）接口電路接口電路安裝在電機控制器的上部，如圖所示，其作用是實現(xiàn)電機控制器與外部的信息傳遞。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.電機控制器

（2）控制主板

控制主板如圖所示，其功能有：與整車控制器通訊、監(jiān)測直流母線電流、控制IGBT模塊、監(jiān)控高壓線束連接情況（2014年前生產(chǎn)車輛無此功能）、反饋IGBT模塊溫度、旋變傳感器勵磁供電、旋變信號分析、信息反饋二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.電機控制器

（3）IGBT模塊IGBT模塊如圖所示，包含了6支IGBT以及一些電路和電子元器件。IGBT模塊的功能有：信號反饋給電機控制器控制主板、監(jiān)測直流母線電壓、直流轉(zhuǎn)換交流及變頻、監(jiān)測相電流的大小、監(jiān)測IGBT模塊溫度、三相整流。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.電機控制器

在新能源汽車電機控制器里，就采用了利用柵門極電壓來控制IGBT開通和關(guān)斷這樣的特性，實現(xiàn)電路逆變及控制這樣的功能。

二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.電機控制器

封裝好的IGBT圖二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.電機控制器（4）超級電容超級電容器外觀如圖所示。當電機控制器輸入的高壓電路接通，輸入電路就給超級電容充電，當電機啟動時，電容能夠把儲存的能量釋放出至電路，維持輸出電路電壓穩(wěn)定。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.電機控制器

超級電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。超級電容器是一種通過極化電解質(zhì)來儲能的電化學元件，在儲能過程中并不發(fā)生化學反應，而且儲能過程是可逆的，可以反復充電數(shù)十萬次。超級電容采用活性炭材料制成多孔電極，同時在相對的炭多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液，當在兩端施加電壓時，相對的多孔電極上分別聚集正負電荷。而電解質(zhì)溶液中的正負離子將由于電場作用分別聚集到正負極板相對的界面上，從而形成兩個集電層，相當于兩個電容器串聯(lián)。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.電機控制器（5）放電電阻當汽車切斷高壓電路時，需要通過電阻對電容器進行放電。當控制器帶動的電機或其它負載在停機的時候，可采用能耗制動的方式實現(xiàn)快速停車。放電電路與超級電容并聯(lián)，如果放電電路故障，會報放電超時導致高壓斷電。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修3.電機控制系統(tǒng)的傳感器（1）加速踏板位置傳感器加速踏板位置傳感器主要傳遞駕駛員的駕駛意圖，通常安裝于加速踏板上，如圖所示。駕駛員踩下加速踏板主要反映兩方面意圖：一方面是目標速度，另一方面是達到目標速度的時間，也就是加速度。這兩個參數(shù)對應到加速踏板上，就體現(xiàn)為開度和開度的變化率。加速踏板位置傳感器通過對加速踏板位置和運動速率的準確描述，向控制器傳遞駕駛員當前意圖。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修3.電機控制系統(tǒng)的傳感器

加速踏板位置傳感器根據(jù)其工作原理的不同，可以劃分為電位計式、感應式和霍爾效應式，當前采用最多的是電位計式的加速踏板位置傳感器。一般安裝在駕駛室加速踏板軸的一端，通過腳踩踏板使得傳感器內(nèi)部指針滑動改變滑動電阻器的阻值，從而影響加載在其上面的電壓值。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修3.電機控制系統(tǒng)的傳感器加速踏板位置傳感器電路圖二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修3.電機控制系統(tǒng)的傳感器（2）制動踏板位置傳感器

制動踏板位置傳感器安裝在制動踏板軸的一端，擁有檢測汽車的制動狀態(tài)，同時可以作為制動燈信號。當制動踏板被踩下時，制動燈電路中的常閉開關(guān)接通，制動燈點亮，同時將制動信號發(fā)送給VCU。

制動踏板位置傳感器有開關(guān)式和電位計式，北汽EV160汽車采用的是開關(guān)式的，只能反映是否踩下了制動踏板；比亞迪E5汽車的制動踏板位置傳感器采用電位計式，可以反映制動踏板準確位置。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修3.電機控制系統(tǒng)的傳感器（3）擋位傳感器

北汽EV160的旋鈕式換擋機構(gòu)，其原理是輸入到VCU的是4路模擬電壓信號，信號輸入后首先進行高、低有效性判斷和故障診斷。電路圖如圖所示。擋位控制器通過4路模擬電壓，不同電壓組合對應不同擋位二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修3.電機控制系統(tǒng)的傳感器（4）電機溫度傳感器電機溫度傳感器主要用以檢測電機的繞組溫度，電機控制器通過此溫度傳感器溫度信號，控制冷卻系統(tǒng)甚至電機停轉(zhuǎn)以此保護電機，避免過熱后燒損。二、電機控制系統(tǒng)各部件項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修3.電機控制系統(tǒng)的傳感器

北汽EV160汽車的溫度傳感器采用兩線制，安裝在電機的旋變器中，為確保信號準確通常安裝兩個傳感器進行信號比對，以防止電機控制器對溫度進行錯誤判斷。當溫度出現(xiàn)異常時，電機控制器將控制電機進行降功率工作，如果溫度超過極限值電機將被停止運行。任務(wù)二

驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的技術(shù)分析一、變流技術(shù)二、電機控制策略項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修

變流技術(shù)是電能的變換與控制技術(shù)，在新能源汽車領(lǐng)域應用廣泛的有三大類：車輛整車行駛時，動力電池高壓直流電轉(zhuǎn)換成可供驅(qū)動電機工作的高壓交流電，即逆變；車輛處于能量回收工況時，將汽車動能轉(zhuǎn)換成電能的交流電轉(zhuǎn)換成能存儲在動力電池的直流電，即再生制動；將動力電池的高壓電轉(zhuǎn)換成低壓電源12V，為低壓電路提供工作電源和為輔助電池充電，即DC/DC轉(zhuǎn)換。一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修1.逆變技術(shù)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，向驅(qū)動電機提供工作電源，逆變電路輸出的頻率和電壓的大小，取決于負載的實際需要，可以是定壓定頻的負載，也可以是調(diào)壓調(diào)頻的負載。（1）原始半橋逆變?nèi)鐖D所示，這是一個基本的逆變電路，由S1、S2、S3、S4構(gòu)成橋式電路，S1、S2構(gòu)成一個橋臂，

S3、S4構(gòu)成另一個橋臂，形成兩橋臂結(jié)構(gòu)。一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修電壓和通過的電流方向一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修（2）SPWMPWM(PulseWidthModulation脈沖寬度調(diào)制)，它是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓的一種調(diào)節(jié)方式。而SPWM(SinusoidalPWM)，正弦脈寬調(diào)制，即通過改變輸出方波的占空比得到等效正弦電壓。它廣泛地用于電動汽車的逆變器，大多數(shù)驅(qū)動電機輸出電壓控制使用這種方式。一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修首先介紹PWM控制的基本原理——面積等效原理。4種脈沖形狀不同，但都是表示電壓的窄脈沖且面積相等，當把這樣的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)(R-L電路)上時，其輸出電流i(t)響應波形非常接近，實際應用中視為等效。一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修面積等效原理：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。

基于面積等效原理，則可以用PWM波替代正弦半波。如圖所示，首先將正弦半波等分，每個等分的脈沖寬度是相同的，但幅值不同，然后使用一系列PWM波，即等幅但不等寬的脈沖來代替這個正弦半波。一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修電機控制器的逆變主電路原理如圖所示，圖中的VT1～VT6為IGBT，其接通或者斷開分別受控于所對應的調(diào)制電路的電壓信號，6個IGBT相互配合，可以調(diào)制出等效于三相正弦交流電的脈寬，并且電壓頻率及大小均可根據(jù)負載工作需求而控制調(diào)整。一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修下圖所示為北汽EV160的電機控制器原理圖，可以得知，IGBT模塊在控制主板的控制之下，通過接通或者關(guān)斷IGBT，即可將純電動汽車直流電源轉(zhuǎn)換成驅(qū)動電機所需要的三相正弦交流電。一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.再生制動新能源汽車普遍具有再生制動功能，是利用驅(qū)動電機處于發(fā)電狀態(tài)，把一些動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿Υ嫫饋?，為汽車行駛提供必要的功率和能量，同時還能產(chǎn)生一定的制動力矩。新能源汽車再生制動系統(tǒng)的組成如圖所示。一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修新能源汽車制動大致分為以下三種模式。緊急制動：對應于制動加速度大于2m/s的過程。為了保持車輛的制動安全，要盡可能的使用傳統(tǒng)液壓制動，此時電機較少或者不參與制動；正常制動：車輛在正常工況下的制動過程，一般有減速過程和停止過程。電機制動負責減速過程，停止過程由液壓制動完成。兩種制動轉(zhuǎn)化點由電機發(fā)電特性確定；長時間下坡時的減速制動：車輛行駛在類似盤山公路的長坡時，對制動力要求不是很大，可以完全由電機制動提供，其充電特點表現(xiàn)為電流小但充電時間長。一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修當車輛進入再生制動階段，驅(qū)動電動機工作在發(fā)電狀態(tài)，6個IGBT全部處于關(guān)閉狀態(tài)，整流二極管組成整流電路，電動機的三相繞組在制動過程中產(chǎn)生的三相交流電通過三相橋式整流電路變?yōu)橹绷麟?。一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修當電機U相正極回收的電能緊固VD1回到動力電池正極，動力電池負極出來的電流緊固VD6回到電機W相負極；一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修當電機V相正極回收的電能緊固VD2回到動力電池正極，動力電池負極出來的電流緊固VD4回到電機U相負極；一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修當電機W相正極回收的電能緊固VD3回到動力電池正極，動力電池負極出來的電流緊固VD5回到電機V相負極。一、變流技術(shù)項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修3.DC/DC轉(zhuǎn)換

新能源汽車的低壓系統(tǒng)額定電壓為12V，工作時，通過DC/DC轉(zhuǎn)換器將汽車高壓電源的電壓轉(zhuǎn)換到12V，供低壓系統(tǒng)使用。在晶體管橋接電路中將高壓轉(zhuǎn)換為交流，通過變壓器降至低壓。然后，將通過整流和濾波將交流轉(zhuǎn)換為直流，并穩(wěn)定的輸出至直流電壓12V系統(tǒng)二、電機控制策略項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修1.驅(qū)動電機系統(tǒng)上電流程二、電機控制策略項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.驅(qū)動電機系統(tǒng)下電流程二、電機控制策略項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修3.驅(qū)動電機系統(tǒng)驅(qū)動模式（1）電機系統(tǒng)驅(qū)動模式整車控制器根據(jù)車輛運行的不同情況，包括車速、擋位、電磁SOC值來決定，電機輸出轉(zhuǎn)矩獲功率。當電機控制器從整車控制器處得到轉(zhuǎn)矩輸出命令時，將電池提供的直流電能，轉(zhuǎn)化成交流電能，以使電機輸出轉(zhuǎn)矩。此時電機輸出轉(zhuǎn)矩驅(qū)動車輛。二、電機控制策略項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修（2）電機系統(tǒng)發(fā)電模式當車輛在溜車或制動的時候，電機控制器從整車控制器得到發(fā)電命令后，電機控制器將電機處于發(fā)電狀態(tài)。此時電機會將汽車動能轉(zhuǎn)化成交流電能。然后，交流電能通過電機控制器轉(zhuǎn)化為直流電，存儲到動力電池中。3.驅(qū)動電機系統(tǒng)驅(qū)動模式二、電機控制策略項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修4.電機控制系統(tǒng)溫度保護控制策略（1）冷卻系統(tǒng)控制當控制器監(jiān)測到驅(qū)動電機溫度45℃≤溫度＜50℃時，散熱器冷卻風扇低速啟動；驅(qū)動電機溫度≥50℃時，冷卻風扇高速啟動；驅(qū)動電機溫度降至40℃時，冷卻風扇停止工作。當控制器監(jiān)測到散熱基板溫度≥75℃時，冷卻風扇低速啟動。散熱基板溫度≥80℃時，冷卻風扇高速啟動；散熱基板溫度降至75℃以下時，冷卻風扇停止工作。二、電機控制策略項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修（2）電機溫度控制當控制器監(jiān)測到驅(qū)動電機溫度120℃≤溫度＜140℃時，降功率運行；

驅(qū)動電機溫度≥140℃時，降功率至0，即停機。（3）電機控制器溫度控制

當控制器監(jiān)測到散熱基板溫度≥85℃時，停機；當控制器監(jiān)測到散熱基板溫度為：85℃≥溫度≥75℃時，降功率運行。任務(wù)三

驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的檢修一、北汽EV160汽車故障診斷與檢修二、帝豪EV450汽車檢修案例項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修一、北汽EV160汽車故障診斷與檢修項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修1.北汽EV160電機控制系統(tǒng)的線路連接在北汽EV160驅(qū)動電機系統(tǒng)中，驅(qū)動電機的輸出動作主要是靠控制單元給定命令執(zhí)行，即控制器輸出命令。控制器主要是將輸入的直流電逆變成電壓、頻率可調(diào)的三相交流電，供給配套的三相交流永磁同步電機使用。驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的電路連接如圖所示。一、北汽EV160汽車故障診斷與檢修項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修連接器型號編號信號名稱說明AmphenolRTOW01419PN03A激勵繞組R1電機旋轉(zhuǎn)變壓器接口B激勵繞組R2C余弦繞組S1D余弦繞組S3E正弦繞組S2F正弦繞組S4G電機溫度TEMP_H0電機溫度接口H電機溫度TEMP_L0J電機溫度TEMP_H1K電機溫度TEMP_L1L互鎖-1高低壓互鎖接口M互鎖-2一、北汽EV160汽車故障診斷與檢修項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修電機控制器低壓插接器位置電機控制器高壓接口位置一、北汽EV160汽車故障診斷與檢修項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修編號功能描述編號功能描述1電源24接地2-8空29CAN屏蔽9溫度0測量H端30CAN地10溫度0測量L端31EVCAN總線低11勵磁繞組+32EVCAN總線高12勵磁繞組-33旋變線屏蔽線20溫度1測量H端34余弦繞組+21溫度1測量L端35余弦繞組-22正弦繞組+

23正弦繞組-

電機控制器低壓插接器針腳說明表一、北汽EV160汽車故障診斷與檢修項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.北汽EV160電機控制系統(tǒng)的保養(yǎng)（1）維護保養(yǎng)周期日常維護保養(yǎng)：1-2次/周定期維護保養(yǎng)：1次/6個月或者1萬公里一、北汽EV160汽車故障診斷與檢修項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.北汽EV160電機控制系統(tǒng)的保養(yǎng)（2）維護保養(yǎng)方案日常維護保養(yǎng)方案：對驅(qū)動電機、驅(qū)動電機控制器表面進行清潔（需下電）；檢查高、低壓線束插件是否插接牢靠（需下電）

；檢查副水箱中的冷卻液是否充足，各水管接頭有無滴漏現(xiàn)象（需下電）；檢查風扇、水泵是否工作正常；檢查35pin插頭24腳和1腳電壓是否在9-16V之間；檢查車輛運行過程中驅(qū)動電機是否有異響；注意區(qū)分是機械噪聲（類似“咔咔”、“噠噠”聲），還是電磁噪聲（類似“滋～～”，頻率高，刺耳），如果是后者，可暫時不考慮處理。一、北汽EV160汽車故障診斷與檢修項目三驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修2.北汽EV160電機控制系統(tǒng)的保養(yǎng)定期維護保養(yǎng)方案對驅(qū)動電機、驅(qū)動電機控制器表面進