純電動汽車構造與檢修-項目三 驅動電機及控制系統(tǒng)檢修

純電動汽車構造與檢修03項目三

驅動電機及控制系統(tǒng)檢修任務一驅動電機檢修任務描述

主要重點掌握驅動電機構造，驅動電機的拆裝以及了解按照驅動電機系統(tǒng)的工作原理和控制策略，對后續(xù)的檢修工作打下基礎。學習目標理論知識

如果說發(fā)動機是傳統(tǒng)內燃機的心臟，驅動電機就是純電動汽車的心臟。它同發(fā)動機的功能一樣，擔負著純電動汽車的驅動功能，驅動電機性能的好壞直接影響純電動汽車性能的高低。一、驅動電機系統(tǒng)的組成及工作原理（一）直流電動機直流電動機是指通入直流電流而產(chǎn)生機械運動的電動機（見圖3-1和圖3-2）。1.直流電動機的結構

直流電動機的結構形式很多，但總體上不外乎由定子（靜止部分）和轉子（運動部分）組成（見圖3-2）。2.直流電動機的工作原理

通電導線在磁場中會受到磁場力的作用，由左手定則（見圖3-11），把左手放入磁場中，讓磁力線垂直穿入手心，磁力線從N極出發(fā)進入S極，四指指向電流所指方向，則大拇指的方向就是導體受力的方向。

電源的直流電加于電刷A（正極）和B（負極）上，則線圈abcd中流過電流：在導體ab中，電流由a指向b；在導體cd中，電流由c指向d。用左手定則可知導體ab所受到的磁場力從右向左，導體cd所受到的磁場力從左向右，這樣形成的轉矩M為逆時針方向。在該轉矩作用下電樞將逆時針方向旋轉，如圖3-12a所示。當電樞轉過了180°，直流電仍由電刷A流入、從電刷B流出，電流在電樞內的流向改變?yōu)閐到c、b到a，由左手定則可知導體cd所受到的磁場力從右向左，ab所受磁場力從左向右，轉矩M方向仍為逆時針，則可保持電樞持續(xù)逆時針動，如圖3-12b所示。3.直流電動機的勵磁方式

按勵磁方式不同，直流電動機可分為他勵直流電動機、并勵直流電動機、串勵直流電動機和復勵直流電動機4種類型。圖3-13至圖3-17中，Ia為電樞電流，Ea為電樞反電勢，F(xiàn)f為他勵和并勵方式下的勵磁電流，F(xiàn)s為串勵和復勵方式下的勵磁電流。(1)他勵直流電動機他勵直流電動機的電樞和勵磁繞組由兩個獨立的直流電源供電（見圖3-13）。(2)并勵直流電動機并勵直流電動機的電樞和勵磁繞組并聯(lián)后由一個獨立的直流電源供電（見圖3-14）。(3)串勵直流電動機串勵直流電動機的電樞和勵磁繞組串聯(lián)后由一個獨立的直流電源供電（見圖3-15）。(4)復勵直流電動機復勵電動機有兩個繞組，一個并勵繞組，一個串勵繞組，并勵繞組和電樞并聯(lián)，和串勵繞組串聯(lián)后由一個獨立的直流電源供電。若兩繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同，稱為積復勵；若相反，稱為差復勵（見圖3-16和圖3-17）。（二）交流異步電動機在交流異步電動機中，分為單相和三相，應用最廣泛的當屬三相交流異步電動機。交流異步電動機的性能特點有：小型輕量化；易實現(xiàn)轉速超過10000r/min的高速旋轉；高速低轉矩時運轉效率高；低速時有高轉矩，以及有寬泛的速度控制范圍；高可靠性；制造成本低；控制裝置簡單。1.三相交流異步電動機的結構三相交流異步電動機的結構如圖3-18所示。2.工作原理1)當三相異步電動機接到三相電源上時，定子繞組就會產(chǎn)生旋轉磁場，轉子繞組在旋轉磁場的作用下，產(chǎn)生感應電動勢或感應電流。轉子電流反過來又受到磁場的電磁力作用，根據(jù)左手定則能判斷出，由電磁力所導致的電磁轉矩促使轉子沿旋轉磁場的轉向，以轉速n2旋轉。2)轉子轉速n2永遠小于旋轉磁場轉速（同步轉速)n1，也就是說，轉子轉速np總是與同步轉速n2保持一定轉速率，即保持異步關系，所以把這類電動機稱為異步電動機。另外，平時所講的電動機轉速就是轉子轉速。（三）永磁電動機

永磁電動機主要可分為永磁有刷直流電動機、永磁無刷直流電動機、永磁同步交流電動機和永磁混合式電動機四種。其中在電動汽車上的應用以永磁無刷直流電動機和永磁同步交流電動機為主。1.永磁無刷直流電動機2.永磁同步交流電動機

永磁同步電動機（PermanentMagnetSynchrounousMotor，PMSM）具有體積小、效率高、功率因數(shù)高、起動力矩大、力能指標好、溫升低等特點，已經(jīng)成為電動汽車驅動系統(tǒng)的主流電機之一（見圖3-28）。（四）開關磁阻電動機

開關磁阻電動機（SwitchedReluctanceMotor，SRM）是近些年發(fā)展的新型調速電機（見圖3-33），結構簡單、調速范圍寬且性能好，現(xiàn)已廣泛用在儀器儀表、家電、電動汽車等領域。1.開關磁阻電動機的結構

開關磁阻電動機由雙凸極的定子和轉子組成，其定子、轉子的凸極均由普通的硅鋼片疊壓而成（見圖3-34）。2.開關磁阻電動機的工作原理

開關磁阻電動機依據(jù)磁路磁阻最小原理（或磁通最大原理）使轉子轉動，產(chǎn)生電磁轉矩。如圖3-35所示，定子有A、B、C、D四對凸極，轉子有1、2、3三對凸極，當電子開關S1、S2閉合，使A、A′定子繞組通電勵磁時，通過轉子形成閉合磁路，但電動機定子鐵心與磁場的軸線不重合，于是轉子就會受到彎曲磁力線切向分力的作用而轉動，直到轉子1、1′凸極軸線轉至與定子A、A′凸極軸線重合的位置（閉合磁路的磁阻最小）。圖3-36所示為相電感、轉矩與轉子位置的變化關系。3.開關磁阻電動機的性能特點1）調速范圍寬、控制靈活；2）制造和維護方便；3）運轉效率高；4）可四象限運行，具有較強的再生制動能力；5）結構簡單、成本低、制造工藝簡單；6）轉矩方向與電流方向無關；7）損耗?。?）可控參數(shù)多、調速性能好；9）適于頻繁起動、停止以及正反轉運行。三、驅動電機系統(tǒng)控制策略（一）驅動電機系統(tǒng)驅動模式

整車控制器根據(jù)車輛運行時的車速、檔位、動力蓄電池SOC值來決定電機的輸出轉矩/功率。當電機控制器從整車控制器處得到轉矩輸出命令時，將動力蓄電池提供的直流電轉化成三相交流電，驅動電機輸出轉矩，通過機械傳輸來驅動車輛，圖3-37所示為驅動電機系統(tǒng)驅動模式示意圖。（二）驅動電機系統(tǒng)發(fā)電模式

當車輛在滑行或制動時，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)，此時電機會將車子動能轉化成電能。然后，三相正弦交流電通過電機控制器轉化為直流電，存儲到動力蓄電池中，圖3-38所示為驅動電機系統(tǒng)發(fā)電模式示意圖。四、驅動電機系統(tǒng)檢修（旋變故障案例）（一）旋轉變壓器的簡介

旋轉變壓器安裝在驅動電機上，是一種電磁式傳感器，又稱為同步分解器，用來測量旋轉物體的轉軸角位移和角速度。在電動汽車上，使用旋轉變壓器作為測量驅動電機轉速的元件，并將測得的轉速信號傳遞給電機控制器。1.旋轉變壓器的工作原理

2.旋轉變壓器的結構

旋轉變壓器有多種形式，應用于電動汽車電機上的旋轉變壓器在結構上分為線圈和信號齒圈兩部分。其中，傳感器線圈固定在殼體上，也就是定子上，信號齒圈固定在轉子上。傳感器線圈由勵磁、正弦和余弦三組線圈組成。（二）旋轉變壓器故障排除

在電機與控制器低壓線束連接正確的前提條件下，如果出現(xiàn)旋轉變壓器故障，一般分為兩種情況：一是旋轉變壓器本身故障，二是控制器旋變解碼電路故障。但是無論上述兩種故障哪一種出現(xiàn)，都會導致電機系統(tǒng)無法起動或轉矩輸出偏小等現(xiàn)象。若上述情況出現(xiàn)，首先檢查電機旋轉變壓器是否損壞。檢查電機控制器與電機連接低壓線束無退針與虛接現(xiàn)象，檢查電機控制器低壓控制插件12V供電是否正常，檢查步驟如下：1.檢查電路的通斷2.檢查勵磁繞組的電壓3.檢查線圈的電阻值

（三）2018款比亞迪秦PRO-DMBSG電機維修案例1.故障現(xiàn)象

一輛2018款比亞迪秦PRO-DM混動車，搭載BYD476ZQA型發(fā)動機，行駛里程為1200km。車主反映，該車無法使用BSG電機起動發(fā)動機，只能用普通起動電機起動車輛。2.故障診斷與排除連接專用診斷儀，在BSG系統(tǒng)中讀取到4個故障碼(圖3-40)：P180396-BSG缺A相(當前故障)；P180496-GSG缺B相(當前故障)；P180596-BSG缺C相(當前故障)；P180F19-硬件過流(歷史故障)。前3個故障碼無法刪除。五、驅動電機系統(tǒng)其他常見故障及維修

在排除驅動電機系統(tǒng)的故障時，可以使用診斷儀檢查故障碼，再根據(jù)故障碼的提示，來分析故障產(chǎn)生的原因并進行電路和電氣元件的檢查。驅動電機系統(tǒng)常見故障及解決方法見表3-1。1.電動汽車故障維修方法與技巧包括保障維修方法、故障診斷方法、故障維修技巧、電路故障診斷與檢修注意事項等內容。2.故障維修方法包括直觀檢測法與現(xiàn)代儀器設備檢測法。3.特別注意在進行維修拆裝工作時需要做到使用專用工具，佩戴好勞保用品，工作細心，螺釘歸位，時刻注意安全操作。學習小結通過自主學習及查閱相關資料，完成下列題目：1.

是車輛的核心裝置，是將電能轉換為機械能的裝置。2.電力驅動控制系統(tǒng)可分為

、

和

。知識鞏固任務二驅動電機控制系統(tǒng)常見故障與檢修任務描述

電機控制器是驅動電機系統(tǒng)的控制中心，本任務點需重點對電機控制器的結構及類型進行學習，了解電機控制器的功能。另外還應對變頻器有一定認知。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。在汽車上根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的。另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等。學習目標理論知識一、電機控制器的結構與控制策略

電動機控制器是驅動電動機系統(tǒng)的控制中心，又稱智能功率模塊，以IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)模塊為核心，輔以驅動集成電路和主控集成電路。通過把微電子器件和功率器件集成到同一芯片上，形成了智能功率模塊。對所有的輸入信號進行處理，并將驅動電動機控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的信息通CAN2.0網(wǎng)絡發(fā)送給整車控制器。驅動電動機控制器內含故障診斷電路，當診斷出異常時，它將會激活一個錯誤代碼，發(fā)送給整車控制器，同時也會存儲該故障碼和數(shù)據(jù)。電動機控制器是使用電流傳感器、電壓傳感器和溫度傳感器來提供驅動電動機系統(tǒng)的工作信息的。（一）傳感器1.電流傳感器

用以檢測電動機工作的實際電流（包括母線電流、三相交流電流)。2.電壓傳感器

用以檢測供給電動機控制器工作的實際電壓(包括動力蓄電池電壓、12V蓄電池電壓)。3.溫度傳感器

用以檢測電動機控制系統(tǒng)的工作溫度（包括IGBT模塊溫度、電動機控制器板載溫度)。（二）結構與分類1.電動機控制器結構2.電動機控制器的類型

電動機控制器根據(jù)驅動電動機的不同，分為直流電動機控制器、交流電動機控制器和開關磁阻電動機控制器三大類。3.電動機控制器的功能4.變頻器

(1)功能

（2）基本結構模型（3）變頻器的種類：1）按主要功率電路分。2）按開關方式分。3）按工作原理分。4）按用途分。（三）驅動電機控制策略

根據(jù)電動汽車的PRND四個檔位以及加速踏板和制動踏板信號的不同組合，將電動汽車的運動狀態(tài)分為五種運行模式，分別是起車模式、正常驅動模式、失效保護模式、制動能量回饋模式和空檔模式。整車控制器采集鑰匙信號、加速踏板、制動踏板、檔位信號和其他傳感器信號，然后提取出有效值，整車控制策略通過對這些有效值判斷、計算，取相應的驅動模式，然后向電機控制器發(fā)送整車期望轉矩指令。1.起車模式

起車模式是指車輛已經(jīng)起動，檔位掛在驅動檔，加速踏板開度為零的運行模式。此時整車控制器發(fā)送給電機控制器的轉矩指令為起車小轉矩。該轉矩的主要功能是：如果在平直路面上行駛，可以使車輛保持一個恒定起車速度前行，如果在坡道上，則防止起車時車輛倒溜。在起車模式下，車輛最終以恒定速度行駛，并且車速有一個最大值，若車速超過這個值，則電機停止轉矩的輸出。2.正常驅動模式（見圖3-55）

正常驅動模式是指車輛處于驅動使能狀態(tài)下，整車動力系統(tǒng)能夠無故障運行，保障車輛正常行駛。此時整車控制器根據(jù)加速踏板開度、車速和電池SOC值來確定發(fā)送給電機控制器的轉矩指令，當電機控制器從整車控制器得到轉矩輸出的指令時，將動力蓄電池提供的直流電，轉化成三相交流電，驅動電機輸出轉矩，通過機械傳輸來驅動車輛。正常驅動模式下有一個最大行駛車速。3.制動能量回饋模式（見圖3-56）

制動能量回饋模式也稱為發(fā)電模式，在此模式下，若車輛在運行時制動信號有效，并且車速大于一定值，則對車輛的動能進行回收。由于電機既可以作電動機，又可以作發(fā)電機，根據(jù)電機的這一特點，電動汽車除具備傳統(tǒng)燃油汽車制動系統(tǒng)的基本功能外，制動時調整載荷分配比例系數(shù)，在電機控制器從整車控制器得到發(fā)電指令后，使電機處于發(fā)電狀態(tài)。此時電機輸出制動轉矩，有效地吸收車輛制動時的動量，電機將車輛的動能轉化為電能，然后三相正弦交流電通過電機控制器轉化為直流電，產(chǎn)生的電能給動力蓄電池充電，增加能量的利用率，故電動汽車具有制動能量回饋的功能。

4.空檔模式

空檔模式是指檔位信號在N位時，整車控制器發(fā)送給電機控制器的轉矩指令為0，電機處于自由狀態(tài)，電機隨著驅動輪轉動。傳統(tǒng)的燃油汽車由于發(fā)動機不能帶負載起動，在塞車或等候交通綠燈時，需要讓發(fā)動機怠速轉動。這部分燃油是不做功的，降低了整車的能量利用率，同時怠速時，燃油燃燒不充分，還造成了比較大的環(huán)境污染，而電動汽車就不存在這方面的缺點。

5.失效保護模式

失效保護模式是指整車動力系統(tǒng)出現(xiàn)非嚴重的故障時，車輛還可以繼續(xù)行駛而不需要緊急停車。整車控制器根據(jù)故障等級，對需求轉矩進行限制，輸出轉矩維持車輛慢行到附近維修站。

起車模式和正常驅動模式屬于電機輸出的轉矩為驅動力矩，制動能量回饋模式屬于電機輸出的轉矩為制動力矩，空檔模式時電機不輸出轉矩，失效