新能源汽車驅動電機及控制系統(tǒng)檢修 課件 5.3認知電機能量回收系統(tǒng)

認知電機能量回收系統(tǒng)教學目標1.掌握驅動電機能量回收系統(tǒng)的定義與作用；2.掌握驅動電機能量回收系統(tǒng)的組成與工作原理；3.掌握驅動電機能量回收系統(tǒng)的控制策略。重點：能量回收系統(tǒng)的組成與工作原理。難點：電機控制器穩(wěn)壓二極管的測量。一任務描述二任務分析三信息收集四制定方案五任務實施六總結評價教學流程一、任務描述某4S店銷售實習生小王接待了一名到店的意向客戶，客戶聽說了電動汽車能量回收功能后很感興趣，想了解能量回收方面的相關功能。如果你是小王，你該如何向客戶介紹呢？二、任務分析1.電動汽車如何實現(xiàn)能量回收？2.電機控制器如何檢修

？一、電動汽車能量回收系統(tǒng)的定義與作用1、能量回收系統(tǒng)的定義如圖所示，能量回收系統(tǒng)也稱為“制動能量回收系統(tǒng)”或“再生制動系統(tǒng)”。主要指的是在特定的條件下，電動汽車在減速滑行或者制動過程中，電機由驅動狀態(tài)轉變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，將汽車車輪的動能轉換成電能并儲存起來（如動力電池、超級電容等），實現(xiàn)能源的回收利用，增加續(xù)航里程。同時可施加電機反饋轉矩與傳動軸，從而對車輛進行制動。電動汽車能量回收系統(tǒng)示意圖三、收集信息2、能量回收系統(tǒng)的作用續(xù)航里程是制約電動汽車發(fā)展的主要因素之一。國外有關研究表明，汽車在復雜的城市工況下，有30%—50%的車輛運行能量被消耗在制動過程中，而采用了制動能量回收系統(tǒng)的電動汽車續(xù)航里程可延長10%—30%。因此，對電動汽車的制動能量進行回收的意義如下：1）增加電動汽車續(xù)航里程。2）能量回收過程中的輔助制動力矩可以減輕常規(guī)制動系統(tǒng)的磨損及熱負荷，延長使用壽命，提高車輛安全性和可靠性。3）改善整車動力學的控制性能。三、收集信息二、電動汽車能量回收系統(tǒng)的控制策略電動汽車的制動系統(tǒng)包括傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)和電機制動系統(tǒng)兩部分組成，制動過程一般是電機制動和液壓制動相結合的制動過程。對于前輪驅動的電動汽車，前輪制動力來源于電機制動和液壓制動，后輪一般僅采用液壓制動。在制動過程中，車輛產生的動能通過車輪作用于電機，電機轉變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，通過電能轉換裝置（逆變器）給儲能裝置充電，從而將部分制動能量轉化為電能儲存起來，實現(xiàn)能量的循環(huán)利用。同時，電機在發(fā)電過程中加載了較大阻力矩，通過傳動機構作用于車輪，產生電機制動力矩，起到車輛減速的作用。如圖所示，電動汽車總制動力矩等于再生制動力矩與液壓制動力矩之和。再生制動力矩與液壓制動力矩的分配比例關系三、收集信息制動能量回收系統(tǒng)的控制就是合理地分配電機制動力矩和液壓制動力矩的大小，盡可能地回收制動能量。然而能量的回收受到很多因素的影響，如制動穩(wěn)定性、能量回收率、制動踏板平穩(wěn)性以及復合制動協(xié)調性等問題，故在整個回收控制的過程中需要滿足這些約束條件。電動汽車能量回收的約束條件主要包括以下幾個方面：1、車輛行駛工況車輛制動系統(tǒng)要適應不同的道路環(huán)境工作，其制動力大小和頻率不一樣，從而使制動能量回收程度不同。一般車輛減速制動分以下為三種形式，制動能量回收系統(tǒng)根據(jù)不同的情況指定回收方案：三、收集信息1）緊急制動在車輛實施緊急制動過程中，考慮到制動安全性以及制動時間很短，所以應當以液壓制動為主，同時輔助電機制動，在此過程中能量回收量較少。2）常規(guī)制動車輛正常行駛過程當中的減速制動頻率較高，應當盡可能地在這個階段讓制動能量回收系統(tǒng)發(fā)揮最大效能。再生能量回收系統(tǒng)應當協(xié)調好電機制動和液壓制動力分配的關系，使得能量回收最大化。3）滑行制動車輛處于長距離滑行狀態(tài)時，制動力需求較小，該階段可由電機制動提供，故可對該階段的能量加以回收。三、收集信息2、儲能裝置電動汽車儲能裝置一般為動力電池組，電池的充電過程受到剩余電量SOC、電池溫度以及充電電流大小等因素的限制，故制動能量回收系統(tǒng)需要兼顧電池特性。3、電機因素電機制動強度的大小受限于電機發(fā)電的功率和轉速，同時也限制了車輛最大能量回收利用率。4、驅動形式及制動力分配電機制動力矩只作用于與驅動電機有機械聯(lián)系的驅動輪，故在能量回收過程中，前輪驅動的車輛具有明顯的優(yōu)勢，這是因為車輛在制動過程中前軸負荷較后軸大。此外，制動能量回收系統(tǒng)需要調節(jié)好前后輪制動力的分配關系，以便更好地發(fā)揮能量回收效能。三、收集信息三、電動汽車能量回收系統(tǒng)的組成及工作原理下面以帝豪EV450純電動汽車再生制動的控制過程為例，闡述能量回收系統(tǒng)的主要組成及工作原理。帝豪EV450純電動汽車在運行過程中，只要松開加速踏板，同時滿足再生能量回收的必要條件，電機能量回收系統(tǒng)便開始工作。值得注意的是，制動踏板位置傳感器的信號并非純電動汽車再生能量回收控制的必須信號，只是制動的過程可能會影響電機最大能量回收量。制動系統(tǒng)布置圖三、收集信息1、影響能量回收的限制條件有以下幾點：1）動力電池組溫度低于5℃時，能量不回收。2）動力電池單體電壓在4.05—4.12V之間時，能量回收6.1kW，單體電壓值超過4.12V時，能量不回收。3）動力電池單體電壓低于4.05V，SOC大于95%，車速低于30km/h時能量不回收。4）檔位處于R或N時，能量不回收。5）車輛出現(xiàn)絕緣故障時，能量回收功能關閉。6）當ABS被激活時，能量不回收。7）MCU故障時，能量不回收。三、收集信息2、能量回收系統(tǒng)的結構及工作原理如下圖所示是比亞迪e5純電動汽車能量回收系統(tǒng)工作原理示意圖。比亞迪e5純電動汽車能量回收系統(tǒng)三、收集信息能量回收首先要滿足BMS對動力電池包充電的控制條件，BMS根據(jù)動力電池包當前的單體電壓、溫度以及SOC等計算允許輸入的最大充電電流大小，通過CAN總線與MCU通訊。MCU根據(jù)BMS輸出的最大充電電流控制指令，通過逆變器模塊中的大功率半導體元件IGBT施加反向電流，限制驅動電機的定子旋轉磁場速度，達到控制最大充電電流的目的。同時，在此過程中驅動電機反饋至驅動輪的最大制動轉矩也隨之變化。當VCU檢測到駕駛員松開油門踏板，在車輛處于滑行狀態(tài)且不處于能量回收功能限制區(qū)間時，VCU激活能量回收功能。VCU根據(jù)目前車輛行駛情況，計算出最大能量回收量，通過CAN總線將計算結果傳遞至MCU，MCU通過控制驅動電機工作狀態(tài)控制能量回收。最大能量回收所產生的電機制動轉矩以1.6m/s2的減速度對車輛進行電機制動減速。三、收集信息當駕駛員踩下制動踏板，VCU接收到制動信號，車輛不處于能量回收功能限制區(qū)間時，VCU激活制動能量回收功能。此時，VCU通過車輛減速狀態(tài)計算最大能量回收量，同時通過CAN總線接收來自ESP車身動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的通訊信號，及時調整驅動電機制動力矩與液壓制動力矩之間的比例分配關系，確保在制動安全的前提條件下，實現(xiàn)能量回收最大化，這部分功能也叫做電機阻力矩控制。與傳統(tǒng)車一樣，當踩下純電動汽車制動踏板，通過雙回路液壓制動系統(tǒng)實現(xiàn)車輛機械制動減速功能。車身動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)ESP根據(jù)車輛減速狀態(tài)，確定車輛總體制動力矩大小，及時調整前后橋制動力矩分配以及保證制動時車輛的穩(wěn)定性。故驅動電機能量回收系統(tǒng)需要和ESP系統(tǒng)相互協(xié)調，在保證車輛安全、舒適的前提下實現(xiàn)能量回收。三、收集信息3、電機控制器能量回收無刷直流電動機能量回饋制動過程中，控制驅動器使電流方向與正向運行時相反，便會產生制動性質的轉矩。當產生的電壓高于蓄電池時，可以將電流回饋至蓄電池，達到能量回饋的目的。電動機能量回饋制動時會有兩種情況：一是制動初期電動機轉速高，產生的電動勢高于蓄電池電壓，采用三相整流回饋方式；二是電動機轉速低，產生的電動勢低于蓄電池電壓，采用斬波升壓回饋方式。在回饋控制階段，將上橋臂的功率管關斷，根據(jù)位置傳感器信號對下橋臂的功率管的通斷進行有規(guī)律的PWM控制，可以起到與Boost變換器相同的效果。與Boost變換器的工作過程類似，在一個PWM開關周期內，電動機的能量回饋控制過程也可以分為兩個階段。三、收集信息（1）續(xù)流階段在續(xù)流階段，無刷直流電動機的電流流向VT2,VT2導通為電流提供續(xù)流通道，如圖所示。在此階段電能將存儲于三相繞組的電感中。三、收集信息（2）回饋階段在VT2關斷期間，在反電動勢與三相繞組寄生電感的共同作用下，之前存儲于三相繞組之內的能量與反電動勢一起向蓄電池共同回饋能量。在此階段，無刷直流電動機的電流流向如圖所示，VT2關斷，電流經VD,回饋至蓄電池，同樣存在通過VD4和VD6流向B相和C相的電流通路。三、收集信息（3）三相電機能量回收整流過程下圖為電動汽車電機能量回收時一個周期的三相交流電轉換為具有六個脈沖波形的直流電的過程。三、收集信息四、制定方案

本次實訓任務主要是完成純電動汽車驅動電機控制器總成的檢修。查閱相關資料，制定吉利帝豪EV450純電動汽車電機控制器檢修步驟。五、任務實施（1）帝豪EV450電機控制器故障檢測1）對車輛執(zhí)行高壓安全下電操作2）拆下驅動電機控制器上蓋固定螺栓3）萬用表