《新能源汽車驅動電機及控制技術》課件 項目三　新能源汽車電驅控制系統(tǒng)

新能源汽車電驅與控制技術

項目一新能源汽車高壓供電控制系統(tǒng)

項目二新能源汽車電驅系統(tǒng)

項目三新能源汽車電驅控制系統(tǒng)

項目四新能源汽車電驅熱管理系統(tǒng)與整車控制策略

任務一電機控制器檢測與故障診斷

任務二電驅控制系統(tǒng)故障診斷項目三新能源汽車電驅控制系統(tǒng)一、任務引入新能源汽車電驅系統(tǒng)主要由電控、電機、變速器、電驅冷卻系統(tǒng)等組成，電機控制器MCU是電驅系統(tǒng)的控制中心。深入了解電機控制器MCU的內部結構及工作原理，有利于提高維修人員新能源車電驅控制系統(tǒng)的故障診斷和維修的技能水平。二、學習目標

知識目標：了解電機控制器MCU的內部結構及工作原理。掌握電機控制器MCU的故障現象分析。技能目標：具有電機控制器MCU的故障進行診斷、分析和維修的基本能力。職業(yè)素養(yǎng)目標：嚴格執(zhí)行新能源汽車檢修操作規(guī)范，養(yǎng)成科學嚴謹的工作態(tài)度。養(yǎng)成總結訓練過程和結果的習慣，為下次訓練積累經驗。虛心向他人學習，尊重他人勞動。養(yǎng)成團結協(xié)作精神。嚴格執(zhí)行7S現場管理。三、知識空間新能源汽車控制器分為高壓控制器和低壓控制器，低壓控制器電路上不連接高壓，如電池管理器BMS、整車控制器VCU、車身控制器BCM等；而高壓控制器電路上連接有高壓，故稱為高壓控制器，如電機控制器MCU、車載充電機OBC、DC/DC變換器、空調控制器HVAC、高壓加熱PTC等。高壓控制器內部的控制電路、驅動電路、監(jiān)測保護電路等等仍屬于低壓電路。在高壓控制器內部高低壓電路之間有嚴格的隔離措施，以防高電壓竄入低壓電路而導致危險發(fā)生。三、知識空間目前，無論是純電動汽車還是混動汽車，驅動電機均采用三相交流電機，電機控制器的主要作用就是給驅動電機提供三相交流電來驅動車輛，盡管不同廠家控制器內部電路設計不同，但基本功能是相同的。本任務不再區(qū)分純電動汽車還是混動汽車，僅以驅動電機控制器為例，介紹電機控制器的結構原理。三、知識空間電機控制器總成

多合一電驅總成1.電機控制器的基本組成電機控制器MCU是電驅系統(tǒng)的控制中心，以IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）模塊為核心，輔以驅動集成電路（也稱作驅動板，比亞迪稱作智能功率模塊IPM）、主控集成電路（也稱作控制板）。簡單來說，電機控制器MCU是由控制板、驅動板和IGBT模塊三部分組成。1.電機控制器的基本組成電機控制器控制原理簡圖1.電機控制器的基本組成上層為控制板

下層為驅動板

驅動板背面的IGBT模塊電機控制器基本組成實例2.電機控制器主要功能采集扭矩請求信號、旋變信號等控制電機正向驅動、反驅發(fā)電功能；具有高壓輸出電壓和電流限制功能，具有電壓跌落、過流、驅動電路過溫保護、IGBT過溫保護、電機過溫保護、功率限制、扭矩控制限制等功能；同時具備能量回饋控制、主動泄放、被動泄放控制。3.電機控制器的結構原理

電機控制器MCU是電驅系統(tǒng)的控制中心?？刂瓢褰邮崭鞣N信號經過運算向驅動板輸出PWM信號作為控制信號；驅動板接收到控制板的PWM信號后，對信號進行電壓放大和功率放大等處理，驅動IGBT導通和關斷；IGBT接受驅動，按照控制單元的PWM指令要求，通過不斷導通和關斷，實現逆變與整流、變壓變頻，給驅動電機提供波形近似（實際為等效）正弦波、相差120°的三相交流電，驅動電機運轉。3.1逆變電路

逆變電路由六只IGBT構成，六只IGBT分成三組構成三支橋臂，每支橋臂又由兩只IGBT構成，分別稱作上橋和下橋，這種電路被稱作三相橋式全波逆變電路，簡稱全橋。逆變與整流電路電氣原理圖3.1逆變電路（1）逆變與整流原理電路工作時總是有一支橋臂的上橋和另一支橋臂的下橋同時導通，則會有電流沿某一方向流經電機的一相定子繞組。在控制模塊MCU的PWM信號控制下，六只IGBT成對輪番導通，通過三相定子繞組的電流就會是相差120°的三相交流電流。逆變原理3.1逆變電路并聯在IGBT集電極和發(fā)射極之間的二極管有兩個主要主作用：①續(xù)流二極管：起保護作用；②整流作用：當驅動電機用作發(fā)電機進行能量回收。整流原理3.1逆變電路（2）正弦交流電的產生原理以正半周為例，當電機在某一轉速時，脈沖周期Ts為一個固定值，這個周期Ts隨電機轉速（或交流電的頻率）改變而改變，Ton為IGBT導通時間，D=Ton/Ts即為占空比。在電壓上升階段，占空比D逐漸增大，IGBT導通時間Ton越來越長，則一個脈沖周期內電壓或電流的平均值也越來越大，如圖中藍色線段；在電壓下降階段，占空比D逐漸減小，IGBT導通時間Ton越來越短，則一個脈沖周期內電壓或電流的平均值也越來越小，這樣在半個周期內由藍色線段構成了近似正弦波正半周的波形。IGBT模塊正弦波模擬原理3.1逆變電路正弦波負半周原理相同。這樣在一個周期內，控制模塊MCU通過PWM信號控制全橋的IGBT成對輪番導通，就能夠產生近似正弦波的正弦交流電。正弦波模擬原理3.1逆變電路實際上前圖的波形我們使用示波器是看不到的，下圖為使用示波器采集的電機控制器輸出的實際波形，與我們使用示波器觀察工頻交流電所看到的波形是不同的。電機控制器輸出三相交流電實采波形3.1逆變電路IGBT模塊變壓與變頻原理（3）變壓與變頻原理3.1逆變電路變壓原理：在等效（或有效）正弦交流電的頻率（或Ts）不變的情況下，若增大IGBT導通頻率，即Ts會變短，再減小占空比，IGBT的導通時間會變得更短，使得電壓瞬時有效值變小，等效正弦交流電的電壓幅值變小，電機控制器輸出的電壓降低。變壓原理3.1逆變電路變頻原理：上述變壓原理的前提條件是等效正弦交流電的頻率不變，通過改變IGBT導通頻率和占空比能夠使電壓發(fā)生改變。同樣的道理，若等效正弦交流電的電壓有效值不變，通過改變IGBT導通頻率和占空比也能夠使等效交流電的頻率發(fā)生改變，這就是變頻原理。變頻原理3.1逆變電路通過以上分析可以得出結論，電機控制器變頻和變壓的根本原因就是改變IGBT導通頻率和占空比。電機控制器通過控制PWM信號，就能夠實現逆變、整流、變壓、變頻，輸出近似正弦交流電，而且還能實現三相正弦交流電彼此相差120°；能改變三相交流電的相序，實現電機正反轉控制；又在能量回收時確保IGBT可靠關斷；在高壓下電后，還要進行泄放，把薄膜電容及電路中儲存的高壓電能泄放掉，避免出現高壓觸電事故。3.2驅動電路電機控制器的驅動電路主要由驅動芯片、推挽電路和低壓電源三部分組成?？刂瓢逑蝌寗影遢敵鯬WM脈寬調制信號；驅動芯片對PWM信號進行電壓放大，經過電壓放大的PWM信號送至推挽電路；推挽電路的對信號進行放大，以滿足IGBT柵極導通和關斷所需的電壓和電流；低壓電源的作用是為驅動芯片和推挽電路提供工作電源電壓。驅動電路3.2驅動電路驅動板實例3.2驅動電路電氣隔離：電氣隔離是保證安全IGBT可靠地導通和關斷重要措施之一，以防止高壓串入，電氣隔離包括信號隔離和電源隔離。信號隔離主要包括電磁隔離（即變壓器隔離）、光電隔離和電容隔離。IGBT驅動信號隔離電路3.2驅動電路推挽電路：推挽電路的作用是為IGBT柵極提供導通和關斷電壓。IGBT驅動通常采用雙電源驅動技術，供電電源采用雙電壓進行供電，一般限定為+20V/-20V之間一種常見的互補對稱單通道推挽電路3.3控制電路控制電路（控制板）主要包括：主控制芯片、電源電路、CAN網絡、旋變電路和各種采樣電路，是電機控制器MCU的控制中樞?？刂瓢?.3控制電路主控制芯片：主控制芯片一般為控制板上最大的芯片，主要有MCU、DSP、FPGA三種。MCU即微處理器（單片機），是把CPU、內存、I/O接口等集成到一片超大規(guī)模的集成電路芯片上，通常側重于I/O接口的數量和可編程存儲器的大小，適用于有大量的I/O操作的場合，數據處理能力有限；DSP即數字信號處理器，芯片內部集成了模/數轉換、數字輸入/輸出、串口通信、電機控制PWM信號輸出等接口，比較擅長高速運算；FPGA即現場可編程邏輯門陣列，由邏輯單元、RAM、乘法器等組成，具有可無限重新編程、響應快速、多軸同時處理、靈活多樣的外設接口、多種工業(yè)總線的支持等優(yōu)點。3.3控制電路電源電路：電源電路主要將12V或24V電轉變成控制模塊MCU和部分電路所需的電壓，主要由電源芯片、變壓器、電解電容、大體積瓷片電容、大體積電感等元件組成。CAN網路：主要由解碼IC和共模電感組成，用于CAN網絡通信。旋變電路：主要由旋變解碼芯片、共模電感和推挽電路等組成，旋變解碼芯片對旋變信號進行解碼，用于計算判斷轉子的位置和轉速進行電機矢量控制。各種采樣電路：包括電流采樣、電壓采樣、溫度采樣等。4.IGBT模塊絕緣柵雙極型晶體管IGBT是電機控制器的核心部件，在電路中作為開關使用，能夠承受較高的電壓和電流，為高壓功率電力電子器件，在電機控制器內部通常使用IGBT模塊。4.1IGBT模塊的基本組成

IGBT模塊芯片IGBT模塊內部電路IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片）與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品，也稱為IGBT芯片，是電機控制器的核心器件。4.2IGBT的結構原理

IGBT是絕緣柵雙極型晶體管的縮寫，IGBT相當于一個場效應管MOSFET和一個雙極型晶體管的組合，常用作高壓功率電力電子器件，從幾十伏到上萬伏，電流能達到幾千安培，非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。4.2IGBT的結構原理IGBT內部結構、內部電路及符號4.2IGBT的結構原理隨著第三代半導體技術的日臻成熟，更具潛力的第三代半導體全面替代常見車用硅基功率器件的已日趨明朗。SiC是最被看好能取代硅基器件（主要是IGBT）的材料，已開始在新能源汽車電控系統(tǒng)中應用。4.3IGBT模塊好壞判斷IGBT模塊的好壞判斷主要是對IGBT模塊內的續(xù)流二極管的判斷。對于IGBT模塊還需判斷在有觸發(fā)信號的情況下能否導通和關斷。逆變器IGBT模塊檢測：將數字萬用表撥到二極管測試檔,測試IGBT模塊C1E1、C2E2之間以及G1與E1、G2與E2之間正反向二極管特性,來判斷IGBT模塊是否完好。4.3IGBT模塊好壞判斷將負載側U、V、W相的導線拆除，使用二極管測試檔，紅表筆接T+(C1)，黑表筆依次測U、V、W，萬用表顯示數值為最大；將表筆反過來，黑表筆接T+(C1)，紅表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為400左右。再將紅表筆接T-(E2)，黑表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為400左右；黑表筆接T-(E2)，紅表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為最大。IGBT模塊內部電路IGBT模塊檢測正常值對照表4.3IGBT模塊好壞判斷紅、黑兩表筆分別測柵極G與發(fā)射極E之間的正反向特性,萬用表兩次所測的數值都為最大，這時可判定IGBT模塊柵極正常。如果有數值顯示,則柵極性能變差，此模塊應更換。當正反向測試結果為零時,說明所檢測的一相柵極已被擊穿短路。柵極損壞時電路板保護柵極的穩(wěn)壓管也將擊穿損壞。5.預充電容器薄膜電容器，也稱為預充電容，動力電池提供的高壓電在提供到驅動電機控制模塊前須經過電容器預充。預充電容除具有緩解高壓沖擊作用外，還具有濾波作用，避免尖峰電壓對電機控制器電子元件的損害。在高壓下電或分離安全插頭時，需進行泄放。泄放包括主動泄放和被動泄放，通過電機控制器內的泄放控制電路控制。泄放的方式包括通過電機引導泄放和通過泄放電阻泄放兩種，均是把電容器儲存的電能消耗掉。因電容器放電需要一段時間，維修時必須要等電容器完全放電完畢后才可以操作。6.電機控制器的常見故障電機控制器內含故障診斷電路，當診斷出異常時，它將會激活一個故障代碼，發(fā)送給整車控制器，同時也會存儲該故障代碼和數據。6.1電機控制器的故障分類電機控制器的故障一般分為以下幾類：1）電流故障：與三相交流電流相關的故障，包括不同級別的過流、電流變化率故障、三相不均衡故障等。2）電壓故障：包括直流母線電壓欠壓、過壓，12V/24V控制電壓欠壓、過壓，驅動電路欠壓，芯片供電欠壓等。3）速度故障：包括不同級別的電機超速。4）溫度故障：與電機、控制器的溫度相關的故障，包括控制器電路板溫度、IGBT溫度、電機溫度、冷卻液溫度的過溫等。6.1電機控制器的故障分類5）傳感器故障：與電流傳感器、速度傳感器（包括旋轉變壓器解碼芯片上報的故障代碼）、溫度傳感器、電壓傳感器等傳感器模塊本身功能相關的故障，例如傳感器對地短路、傳感器超出量程、傳感器失效等。6）通信故障：包括CAN通信以及其他使用的通信方式相關的各種故障。7）內存故障：在進行EEPROM等的讀寫以及校驗時的故障。8）電機本體故障：缺相故障，繞組匝間短路故障。9）其他故障：主動放電、高壓HVIL故障、時鐘故障、轉矩安全、自學習故障等。6.2電機控制器的故障的等級及控制策略電機控制器的故障等級一般可以分為3-5級，不同的故障等級采取的控制策略也不同（以5級為例）。一級：報警，將報警信息傳遞給駕駛員，性能輸出不影響。二級：輕微故障，降功率運行。故障條件不成立時自動恢復。三級：一般故障，進入故障模式停機，故障條件不成立時通過通信或其他方式恢復。四級：一般故障，進入故障模式停機，故障條件不成立時重新上鑰匙才能恢復。五級：嚴重故障，立即停機（開路或短路），斷開高壓快速放電，需停車。6.2電機控制器的故障的等級及控制策略電機控制器故障包括軟件故障和硬件故障，轉件故障通常是由軟件程序損壞或數據丟失造成，需要通過專業(yè)設備進行軟件編程和數據更新來解決，但這類故障較少不易發(fā)生。一般電機控制器的故障主要發(fā)生在硬件部分，即控制器內部的電子元器件損壞，這類硬件故障的維修專業(yè)性較強，需要維修人員具備較扎實的電子知識和維修技能基礎，這也是目前制約從業(yè)人員新能源汽車維修技術水平的關鍵因素。四、任務實施----1.比亞迪秦EV驅動電機控制器IGBT故障拆檢1.任務準備安全防護：做好安全防護與場地隔離(車內外三件套、車輪擋塊、警示標志及隔離帶等)。工具設備：舉升機、人身安全防護套裝、絕緣工具套裝、常規(guī)工具套裝、萬用表。車輛臺架：比亞迪秦EV分控聯動示教臺或教學版整車。輔助資料：教材、維修手冊、任務工單、記號筆。2.操作步驟注意：在操作前應首先做好場地安全防護、車輛安全防護、人身安全防護等各種防護措施，并執(zhí)行進行高壓下電程序，在等待5分鐘后再進行動手操作。作業(yè)人員要穿防靜電服，作業(yè)場地要求要設置防靜電和放電設施，作業(yè)臺臺面使用木質臺面，不得使用橡膠和塑料臺布，作業(yè)過程人體不得帶靜電，必要時人體要進行放電并佩戴手套。1.比亞迪秦EV驅動電機控制器IGBT故障拆檢（1）拆掉電機控制器高低壓連接線束、冷卻水管及固定螺栓，將電機控制器取下。1.比亞迪秦EV驅動電機控制器IGBT故障拆檢（2）松開電機控制器上蓋固定螺栓并將上蓋取下，觀察內部部件有無異常現象。1.比亞迪秦EV驅動電機控制器IGBT故障拆檢（3）拔掉控制板與驅動板連接線束插頭，松開控制板固定螺栓并將控制板取出，觀察控制板有無異常情況。1.比亞迪秦EV驅動電機控制器IGBT故障拆檢（4）松開驅動板固定螺栓并將驅動板取出，觀察驅動板有無異常情況。1.比亞迪秦EV驅動電機控制器IGBT故障拆檢（5）使用數字萬用表二極管檢測檔位分別檢測U相IGBT模塊上下管并聯二極管的正向導通壓降。1.比亞迪秦EV驅動電機控制器IGBT故障拆檢（6）使用數字萬用表二極管檢測檔位分別檢測V相IGBT模塊上下管并聯二極管的正向導通壓降。1.比亞迪秦EV驅動電機控制器IGBT故障拆檢（7）使用數字萬用表二極管檢測檔位分別檢測W相IGBT模塊上下管并聯二極管的正向導通壓降。1.比亞迪秦EV驅動電機控制器IGBT故障拆檢（8）數字萬用表交換黑紅表筆，使用二極管檢測檔位再分別檢測各相IGBT模塊上下管并聯二極管的反向截止情況。1.比亞迪秦EV驅動電機控制器IGBT故障拆檢（9）也可將IGBT模塊從驅動板下面取下進行獨立檢測，使用數字萬用表二極管檢測檔位分別檢測各相IGBT模塊上下管并聯二極管的正向導通壓降。1.比亞迪秦EV驅動電機控制器IGBT故障拆檢（10）使用數字萬用表二極管檢測檔位分別檢測各相IGBT模塊上下管并聯二極管的反向截止情況。2.比亞迪秦EV驅動電機控制器故障診斷1.任務準備安全防護：做好安全防護與場地隔離(車內外三件套、車輪擋塊、警示標志及隔離帶等)。工具設備：舉升機、人身安全防護套裝、絕緣工具套裝、常規(guī)工具套裝、萬用表。車輛臺架：比亞迪秦EV分控聯動示教臺或教學版整車。輔助資料：教材、維修手冊、任務工單、記號筆。2.操作步驟2.比亞迪秦EV驅動電機控制器故障診斷序號診斷流程操作方法檢測標準1車輛進入車間做好各項防護措施2檢查蓄電池電壓使用萬用表測量9～16V3讀取電機控制器故障碼插入診斷儀，進行終端診斷后，讀取并記錄所有故障碼4清除故障碼清除所有故障碼，退到off檔清除歷史碼5重新上ON電等待3分鐘，重新上ON電，讀取并再次記錄所有故障碼故障碼為當前故障6查閱故障碼表查閱故障碼表，故障現象是否在故障碼表中7上OK電若現象在故障碼表中，檢查高壓直流母線是否加載高壓。OK燈亮，正常值250V～510V若現象不在故障碼表中，檢查充配電三合一或動力蓄電池。OK燈亮，正常值250V～510V8維修或更換電機控制器9測試確認10結束2.比亞迪秦EV驅動電機控制器故障診斷參考：比亞迪秦EV電機控制器故障碼表序號故障碼故障定義可能故障模塊1P1BB000前驅動電機過流電機控制器、驅動電機2P1BB200前驅動電機一般過溫告警電機控制器、驅動電機、冷卻系統(tǒng)3P1BB298前驅動電機嚴重過溫告警電機控制器、驅動電機、冷卻系統(tǒng)4P1BB300前驅動電機控制器IGBT-NTC一般過溫告警電機控制器、冷卻系統(tǒng)5P1BAC00前驅動電機控制器IGBT核心溫度一般過溫告警電機控制器、冷卻系統(tǒng).6P1BB319前驅動電機控制器IGBT-NTC嚴重過溫告警(關波)電機控制器、冷卻系統(tǒng)7P1BAC19前驅動電機控制器IGBT核心溫度嚴重過溫告警(關波)電機控制器、冷卻系統(tǒng)8P1BB500前驅動電機控制器高壓欠壓動力蓄電池、電機控制器2.比亞迪秦EV驅動電機控制器故障診斷9P1BB600前驅動電機控制器高壓過壓故障動力蓄電池、電機控制器10P1BB700前驅動電機控制器電壓采樣故障電機控制器11P1BB800前驅動電機控制器碰撞信號故障網關、SRS模塊、低壓線束、電機控制器12P1BB900(預留)前驅動電機控制器開蓋保護13P1BBA00前驅動電機控制器EEPROM錯誤電機控制器14P1BBC00前驅動電機控制器DSP復位故障電機控制器15P1BBD00前驅動電機控制器主動泄放故障電機控制器16P1BBF00前驅動電機旋變故障信號丟失電機控制器、旋變、低壓線束17P1BC000前驅動電機旋變故障角度異常電機控制器、旋變、低壓線束18P1BC100前驅動電機旋變故障信號幅值減弱電機控制器、旋變、低壓線束2.比亞迪秦EV驅動電機控制器故障診斷19P1BC200前驅動電機缺A相電機控制器、高低壓線束20P1BC300前驅動電機缺B相電機控制器、高低壓線束21P1BC400前驅動電機缺C相電機控制器、高低壓線束22P1BC900前驅動電機控制器電流霍爾傳感器A故障電機控制器23P1BC500前驅動電機控制器電流霍爾傳感器B故障電機控制器24P1BC600前驅動電機控制器電流霍爾傳感器C故障電機控制器25P1BC800前驅動電機控制器IGBT三相溫度校驗故障報警電機控制器26U014187與整車控制器通訊故障整車控制器、低壓線束27P1BD119前驅動電機控制器驅動CPLD過流故障電機控制器28P1BD117前驅動電機控制器驅動CPLD過壓故障電機控制器2.比亞迪秦EV驅動電機控制器故障診斷29P1BD000前驅動電機控制器驅動DSP1死機故障電機控制器30P1BD400前驅動電機控制器驅動CPLD運行故障電機控制器31P1BD200前驅動電機控制器驅動CPLD檢測IGBT上橋報錯故障電機控制器32P1BD300前驅動電機控制器驅動CPLD檢測IGBT下橋報錯故障電機控制器33P1BAB00(預留)低壓輸出斷線34P1B2516低壓蓄電池電壓過低低壓蓄電池、低壓線束35P1B2517低壓蓄電池電壓過高低壓蓄電池、低壓線束36U011100與BMC通訊故障電池管理器37U015129電機控制器接收SRSCAN信號異常SRS38U015229電機控制器按收SRS硬線信號異常SRS您的任務：1.比亞迪秦EV驅動電機控制器IGBT故障拆檢2.比亞迪秦EV驅動電機控制器故障診斷關鍵點：分5組，每小組5人；每組組長輪值；組長要認真聽實訓老師講解和演示；組長要把實訓老師講解內容傳授給組員；并負責把關鍵信息記錄在任務工單中。組員要認真配合組長順利完成實訓。

每個任務活動時間：20分鐘/組精心準備認真實施確保安全圓滿完成謝謝新能源汽車電驅與控制技術

項目一新能源汽車高壓供電控制系統(tǒng)

項目二新能源汽車電驅系統(tǒng)

項目三新能源汽車電驅控制系統(tǒng)

項目四新能源汽車電驅熱管理系統(tǒng)與整車控制策略

任務一電機控制器檢測與故障診斷

任務二電驅控制系統(tǒng)故障診斷項目三新能源汽車電驅控制系統(tǒng)一、任務引入新能源汽車電驅系統(tǒng)ElectricDriverSystem簡稱電驅EDS,是新能源汽車的動力系統(tǒng)，主要由高壓供電系統(tǒng)、電驅控制系統(tǒng)以及電驅熱管理系統(tǒng)等組成。電驅控制系統(tǒng)是新能源汽車電驅系統(tǒng)的重要組成部分，它是一個由多控制模塊組成、多層級協(xié)同控制的控制平臺，而不是由某一個控制模塊獨立完成的系統(tǒng)，是整車高壓控制系統(tǒng)的最主要組成部分。了解新能源汽車電驅控制系統(tǒng)的結構原理，有利于提高維修人員對新能源汽車電驅控制系統(tǒng)乃至整車高壓系統(tǒng)的故障診斷和維修的技能水平。二、學習目標

知識目標：掌握電驅控制系統(tǒng)的基本架構。掌握電驅控制系統(tǒng)的控制策略。技能目標：具有電驅控制系統(tǒng)各元件的結構原理與功能的認知能力。具有電驅控制系統(tǒng)故障診斷、分析和維修的能力。職業(yè)素養(yǎng)目標：嚴格執(zhí)行新能源汽車檢修操作規(guī)范，養(yǎng)成科學嚴謹的工作態(tài)度。養(yǎng)成總結訓練過程和結果的習慣，為下次訓練積累經驗。虛心向他人學習，尊重他人勞動。養(yǎng)成團結協(xié)作精神。嚴格執(zhí)行7S現場管理。三、知識空間新能源汽車電驅控制系統(tǒng)的電控單元主要包括整車控制器VCU（混動車型也稱為混動控制器HCU）、電池管理器BMS、電機控制器MCU以及車身控制器BCM等組成。純電動汽車的整車控制器VCU和混合動力汽車的混動控制器HCU是控制平臺的上位機，負責接受駕駛人的駕駛意圖，協(xié)調電驅系統(tǒng)控制，是電驅控制系統(tǒng)的最高層級控制器；車身控制器BCM是車身電氣系統(tǒng)的控制中心，負責電驅控制系統(tǒng)低壓12V電源（部分品牌車型已采用低壓電源管理器控制）的管理與控制；電池管理器BMS是高壓供電系統(tǒng)的控制中心，負責整車高壓系統(tǒng)高壓電源的控制；電機控制器MCU是電驅系統(tǒng)的控制中心，負責電驅系統(tǒng)驅動電機的控制。1.純電動汽車電驅控制系統(tǒng)純電動汽車使用電機取代傳統(tǒng)燃油車內燃機向整車提供動力，電機驅動系統(tǒng)是直接將電能轉換為機械能的部分，作為電動汽車的動力系統(tǒng)，決定了電動汽車的動力性能指標。一般電動汽車的驅動電機、驅動電機控制模塊以及減速器集成在一起，安裝在前機艙內。純電動汽車電驅控制系統(tǒng)主要是針對驅動電機的控制，可以認為電驅控制系統(tǒng)就是電機控制系統(tǒng)。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能純電動汽車電驅控制系統(tǒng)主要由整車控制模塊VCU、驅動電機控制模塊MCU、加速踏板位置傳感器、制動踏板傳感器、電機位置傳感器、電機溫度傳感器、電子換檔開關等組成，控制對象主要是驅動電機。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能純電動汽車電驅控制系統(tǒng)基本組成1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能純電動汽車電驅控制系統(tǒng)基本組成輸入信號與傳感器控制單元執(zhí)行器電子換檔開關信號VCU驅動電機加速踏板位置傳感器MCU駐車機構制動踏板位置傳感器BMS冷卻裝置電機轉速位置傳感器（旋變）BCM故障報警電機溫度傳感器電池SOC信號1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能（1）傳感器與輸入信號1）電子換檔開關

電子換檔開關產生的是開關信號，由換檔控制模塊通過CAN網絡把換檔信號傳輸給整車控制器VCU進行檔位控制，有移動桿式、旋鈕式和按鍵式等幾種操作方式。電子換檔開關一般有P、D、N、R四個檔位。出于安全考慮，一般電子換檔機構具有自動駐車功能和防誤操作等功能。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能移動桿式旋鈕式按鍵式電子換擋開關1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能2）加速踏板位置傳感器APS加速踏板位置傳感器有霍爾式和滑動電阻式兩種，有兩個輸出信號，直接提供給整車控制器VCU，均為線性輸出信號。其作用是反映駕駛人的駕駛意圖，當駕駛人踩踏加減速時，不同的電壓信號提供給VCU，VCU依此信號計算出目標轉速和目標扭矩值，通過CAN網絡給電機控制器MCU發(fā)出控制指令，再由MCU控制電機運行。這個信號非常重要，是控制電機運行、進行負荷控制的主控信號。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能3）制動踏板位置傳感器BPS制動踏板位置傳感器與加速踏板位置傳感器結構原理完全相同，有霍爾式和滑動電阻式兩種，有兩個輸出信號直接提供給整車控制器VCU，均為線性輸出信號。其作用是反映駕駛人的駕駛意圖，當駕駛人踩踏制動時，不同的電壓信號提供給VCU，再由VCU通過CAN網絡給電機控制器MCU發(fā)出控制指令，MCU控制電機運行，與加速踏板位置傳感器一起，是再生制動的主控信號，用于控制能量回饋的力度。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能4）電機轉速位置傳感器

電機轉速位置傳感器即旋變，安裝在電機內部，電機軸后端蓋內。主要作用是電機控制器MCU用來檢測驅動電機轉子的位置、旋轉方向和轉速的信號，反饋給整車控制器VCU實施閉環(huán)控制，精確控制電機的旋轉方向、速度和扭矩輸出，是控制電機運行、進行負荷控制的主控信號。5）電機溫度傳感器

電機溫度傳感器采用負溫度系數熱敏電阻，用來檢測電機定子繞組的溫度，MCU利用此信號來防止電機過熱，當電機運行過溫時進行功率限制，是電機控制的修正信號。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能除以上信號外，電驅控制系統(tǒng)使用的信號還需提供以下工作信息：①動力蓄電池SOC信號：動力蓄電池可用電量信號，由電池管理器BMS通過網絡通訊提供給整車控制器VCU，用于電機扭矩控制和電機功率限制，為電機控制主控信號。②電流傳感器：包括母線電流、三相交流電流，用以檢測動力蓄電池、電機工作時流入流出的實際電流；③電壓傳感器：包括動力蓄電池電壓、12V蓄電池電壓，用以檢測供給電機控制器工作的實際電壓；④溫度傳感器：包括IGBT模塊溫度、電機控制器板載溫度，與電機溫度傳感器一起，用于監(jiān)測控制模塊和電機的溫度，MCU根據溫度傳感器信號執(zhí)行溫度控制，當控制模塊或電機溫度超過臨界值時，冷卻系統(tǒng)被激活開始工作。當溫度過高時，電機的輸出功率將受到限制。⑤漏電傳感器：用以檢測動力蓄電池、電機繞組絕緣電阻值。⑥安全氣囊碰撞信號：在車輛發(fā)生碰撞時停止電機運行，切斷動力輸出并通知中控解鎖。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能（2）控制模塊純電動汽車電驅控制系統(tǒng)是一個由多控制模塊組成、多層級協(xié)同控制的控制平臺，主要控制單元包括整車控制器VCU、電機控制器MCU、電池管理器BMS以及車身控制器BCM等組成。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能1）整車控制器

整車控制器VCU是純電動汽車電驅控制系統(tǒng)多層級控制平臺的最高級控制模塊，是純電動汽車的大腦，是整車控制的上位機。純電動汽車只由電機驅動車輛，整車控制器VCU的最重要的控制就是協(xié)調電機驅動。為此，VCU從BMS接收動力蓄電池SOC等信息，并考慮駕駛員的意圖控制電機的扭矩和功率輸出。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能純電動汽車的電驅控制方案一般采用分級控制方式。整車控制器VCU做為第一級，其他控制模塊為第二級，一般各控制模塊之間通過CAN網絡進行信息交互，共同實現電驅的功能控制。整車控制器VCU根據車輛運行的不同情況，包括車速、檔位、電池SOC值來決定電機輸出扭矩和功率。當電機控制器MCU從整車控制器VCU處得到輸出命令時，將動力蓄電池提供的直流電轉化成三相正弦交流電驅動電機；減速時利用驅動電機進行能量回收，給動力蓄電池充電。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能2）電機控制器

驅動電機控制器MCU是電機驅動系統(tǒng)的控制中心，它接收整車控制器VCU的指令對電機進行控制。電機控制器MCU的主要作用是將輸入的直流電逆變成電壓、頻率可調的三相交流電，供給配套的三相交流電機使用；通過電機的正轉來實現整車加速、減速；通過電機的反轉來實現倒車。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能電機控制器MCU主要功能表控制狀態(tài)控

制

方

法驅動時逆變器將蓄電池提供的直流電逆變?yōu)殡妷?、頻率可調的三相交流電，供電動機使用，驅動汽車運行。制動時電動機作為發(fā)電機運行，將車輛動能變?yōu)殡娔墚a生三相交流電，經逆變器變?yōu)橹绷麟姺答伝匦铍姵兀M行再生制動。行駛速度控制采用PWM控制，改變逆變器輸出的三相交流電的頻率，就可以改變電機的轉速，對車輛進行速度控制。運行方向控制通過改變逆變器IGBT的導通順序，就可以改變輸出三相交流電的相序，即改變了三相電機定子三相繞組所接交流電的相序，三相電機反轉運行，改變車輛的行駛方向。驅動與制動控制通過改變三相交流電的電壓高低來可以改變電流大小，控制電機的扭矩和功率輸出，控制汽車的驅動力；控制三相電機是處于電動機狀態(tài)還是發(fā)電機狀態(tài)，控制汽車的能量回收及制動。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能3）電池管理器

動力蓄電池管理器BMS是動力蓄電池管理系統(tǒng)的控制中心。電池管理器BMS的主要功能有充放電管理、繼電器控制、功率限制、電池異常狀態(tài)報警和保護、SOC值計算、自檢以及通訊功能等。電池管理器BMS接收內部監(jiān)測信號和外部其它模塊通過CAN網絡發(fā)送的信號，經過運算分析后對整個動力蓄電池系統(tǒng)進行管理和控制。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能4）車身控制器BCM車身控制器BCM是車身電氣系統(tǒng)的控制中心，一般新能源汽車高壓控制系統(tǒng)的12V電源由BCM提供和控制，部分品牌車型由低壓電源管理器進行電源管理和配電，低壓供電正常是保證高壓系統(tǒng)正常工作的基礎條件。1.1電驅控制系統(tǒng)的基本組成與功能（3）執(zhí)行器電驅系統(tǒng)的執(zhí)行器主要是驅動電機，除此以外還包括電驅系統(tǒng)冷卻裝置、電子駐車機構、儀表故障報警提示等。電子駐車裝置有兩種形式：一種是變速器內部有駐車機構，由電子換檔控制模塊控制；另外一種是通過控制制動系統(tǒng)實施駐車，一般由整車控制器VCU控制。電驅冷卻系統(tǒng)主要包括冷卻風扇、電子水泵和散熱器等，包括電機和電控的冷卻。1.2電驅控制系統(tǒng)的工作原理驅動電機控制系統(tǒng)的主要作用是把動力蓄電池的電能轉化為機械能，產生驅動轉矩，驅動車輛行駛。為了實現車輛的前進、后退、改變車速、停車等功能，驅動電機必須能實現正轉、反轉、改變轉速和停機；在車輛制動或者滑行時，車輪反拖驅動電機轉動，此時驅動電機轉變?yōu)榘l(fā)電機進行發(fā)電，將電能儲存到動力蓄電池中，進行能量回收。1.2電驅控制系統(tǒng)的工作原理純電動汽車電機控制系統(tǒng)工作原理1.2電驅控制系統(tǒng)的工作原理BMS提供動力蓄電池電壓電流信息、SOC信息，供VCU計算控制；VCU考慮動力蓄電池可用電量、電機可用扭矩、駕駛員要求（APS、BPS等）計算和控制電機扭矩；MCU給VCU發(fā)送電機可用扭矩，執(zhí)行從VCU接收的扭矩指令并驅動電機。1.2電驅控制系統(tǒng)的工作原理電驅控制系統(tǒng)能量回收原理1.2電驅控制系統(tǒng)的工作原理能量回收也稱為再生制動，能量回收控制也是由整車控制器VCU進行控制，整車控制模塊對整車的狀態(tài)信息進行分析，正確判斷進入能量回收的條件，并計算能量回收力度的大小，通過CAN總線與電機控制器MCU進行控制指令交互，要求電機控制系統(tǒng)切換到發(fā)電模式，進行一定扭矩的發(fā)電輸出。同時，電機發(fā)電模式會產生制動力矩，通過傳動系統(tǒng)和驅動輪，對整車產生制動作用。2.混合動力汽車電驅控制系統(tǒng)混合動力汽車是在傳統(tǒng)的發(fā)動機驅動基礎上增加了一套電驅動系統(tǒng)以進行混合動力驅動，多采用P1+P3架構的雙電機雙電控混動系統(tǒng)。高壓系統(tǒng)也是由動力蓄電池供電系統(tǒng)、動力蓄電池充配電系統(tǒng)以及電機驅動系統(tǒng)三部分組成。混合動力汽車電驅系統(tǒng)的高壓供電、電機控制、冷卻方式等與純電動汽車相近。P1+P3架構的雙電機雙電控混動系統(tǒng)車型中配備驅動電機和ISG啟動發(fā)電機兩個電機。下面簡單介紹P1+P3架構的雙電機雙電控混動系統(tǒng)的控制。2.1混合動力汽車電驅控制系統(tǒng)與純電動汽車電驅控制系統(tǒng)的主要區(qū)別混合動力汽車電驅控制系統(tǒng)與純電動汽車電驅控制系統(tǒng)不同之處主要體現在以下幾個方面：1）混合動力汽車在對電驅系統(tǒng)進行控制的同時，還需兼顧發(fā)動機動力系統(tǒng)的控制。2）混合動力汽車須兼顧發(fā)動機驅動和電機驅動模式的切換與耦合。2.1混合動力汽車電驅控制系統(tǒng)與純電動汽車電驅控制系統(tǒng)的主要區(qū)別3）發(fā)動機離合器的控制?；旌蟿恿ζ嚍榧骖櫚l(fā)動機驅動和電機驅動的模式切換與耦合，增加了離合器及控制裝置，這個離合器稱為發(fā)動機離合器。因為發(fā)動機可能不運行，所以油泵不能通過發(fā)動機機械驅動，故高壓油泵采用電機驅動。4）變速器不同。純電動汽車的變速器實際上只是一套減速裝置，而混合動力汽車既可以采用單級減速器，也可以采用多檔變速器，多檔變速器換檔適用于發(fā)動機驅動模式。2.2混合動力汽車電驅控制系統(tǒng)的基本組成及功能混合動力汽車電驅控制系統(tǒng)與純電動汽車相比，純電動汽車電驅控制系統(tǒng)所有的傳感器輸入信號、控制模塊及執(zhí)行器等均有，在此不再贅述，下面主要介紹混合動力汽車電驅控制系統(tǒng)幾個主要不同之處。（1）驅動電機與啟動發(fā)電機控制

混合動力汽車P1+P3架構雙電機系統(tǒng)中的P1電機為ISG啟動發(fā)電機，其主要作用是起動發(fā)動機和在發(fā)動機的帶動下發(fā)電為動力蓄電池充電；P2電機為驅動電機，其主要作用是驅動車輛和能量回收。目前這兩個電機均采用三相永磁同步電機。2.2混合動力汽車電驅控制系統(tǒng)的基本組成及功能（2）發(fā)動機離合器及控制

發(fā)動機離合器位于連接發(fā)動機和變速器之間，采用的是濕式多片式離合器。發(fā)動機離合器轂（主動部分）與發(fā)動機曲軸連接，離合器花鍵轂（從動部分）與變速器輸入軸連接。發(fā)動機離合器除了傳遞和輸出發(fā)動機的動力外，還用于發(fā)動機驅動和電機驅動的模式切換與耦合。發(fā)動機離合器采用常開型，液壓控制，油壓來自于電動油泵，其接合則由離合器控制模塊或變速器控制模塊驅動油路中的電磁閥來執(zhí)行，電磁閥布置在變速器內。2.2混合動力汽車電驅控制系統(tǒng)的基本組成及功能發(fā)動機離合器布置位置及功能原理圖2.2混合動力汽車電驅控制系統(tǒng)的基本組成及功能（3）電動油泵和油泵控制

傳統(tǒng)自動變速器的油泵為機械油泵，由發(fā)動機通過液力變矩器驅動，當發(fā)動機轉動時產生油壓。但是混合動力車輛在原地駐車時以及EV模式行駛時發(fā)動機都會停止運行，導致機械油泵不能工作。為了解決這個問題，混合動力車型需安裝電動油泵和油泵控制模塊。3.新能源汽車電驅控制系統(tǒng)常見故障及診斷新能源汽車電驅系統(tǒng)常見故障有以下幾類（不同廠家故障等級分級、評估及控制策略也不同）：1）過流故障：分軟件過流和硬件過流。軟件過流閾值根據實際情況設定，硬件過流信號由檢測電路反饋。2）控制器溫度故障：分為一般故障（超過80℃）和嚴重故障（超過90℃）等。一般故障限制功率，可恢復。嚴重故障，需要停機處理，不可恢復。3）過壓故障：分為一般故障（超過額定電壓1.2倍）和嚴重故障（超過額定電壓1.4倍）等。一般故障限制功率，嚴重故障停機處理。4）欠壓故障：分為一般故障（超過額定電壓0.8倍）和嚴重故障（超過額定電壓0.7倍）等。一般故障限制功率，嚴重故障停機處理。5）堵轉故障：根據堵轉電流積分值來判定。3.新能源汽車電驅控制系統(tǒng)常見故障及診斷6）超速故障：閾值一般設定為最大轉速的1.2倍。7）低壓電源輸入故障：12V系統(tǒng)正常范圍為9至16V，24V系統(tǒng)正常范圍為17至30V。8）總線故障：根據接收到的CAN數據進行判斷，3S內沒有接收到CAN數據報該故障。9）旋變角度故障：即為旋變角度產生了突變。10）旋變硬件故障：此信號由旋變解碼芯片反饋。11）電機過溫故障：分為一般故障（超過140℃）和嚴重故障（超過160℃）等。一般故障限制功率，嚴重故障停機處理。3.新能源汽車電驅控制系統(tǒng)常見故障及診斷新能源汽車電驅控制系統(tǒng)常見典型故障及診斷序號故障名稱故障可能原因解決辦法1MCU直流母線過壓故障1.電機系統(tǒng)突然大功率充電2.高壓回路非正常斷開分析整車數據，若總線信號電壓與實際電壓不相符，則需要檢查高壓供電回路，如高壓接觸器、高壓接插件有無異常。2MCU相電流過流故障1.負載突然變化、旋變信號故障等導致電流畸變，比如電池或接觸器頻繁通斷檢測高壓回路2.控制器損壞（硬件故障）更換控制器3.控制器電壓采樣電路故障，與實際電壓不一致檢查控制器采樣電路；重新標定電壓，控制器編程。3電機超速故障1.整車負載突然降低，電機扭矩控制失效檢查APS信號及傳輸線路是否正常，如重新上電故障不再現，不用處理。2.電機低壓連接器插頭松脫或有退針檢查低壓接插件及端子3.控制器損壞更換控制器4電機過溫故障1.電機低壓連接器插頭松脫或退針檢查低壓接插件及端子2.冷卻系統(tǒng)故障異常檢查冷卻液是否充足，水泵是否正常工作，冷卻管路是否堵塞或氣阻。3.電機本體損壞（長時間過載運行）更換電機5MCUIGBT過溫故障同電機過溫故障同電機過溫故障3.新能源汽車電驅控制系統(tǒng)常見故障及診斷6MCU低壓電源欠壓故障1.12V輔助電池電壓過低檢查蓄電池電壓，若電壓過低進行充電或更換電池。2.12電源線路接觸不良檢查線路是否有破損、漏電，檢車連接器是否有銹蝕、沉污、退針等，測量電源線電壓是否低于9V。7與MCU通訊丟失故障1.未收到整車控制器信號2.網絡干擾嚴重3.低壓線束故障檢查CAN信號是否正常，檢查連接器連接是否正常，檢查線路是否正常，更換控制器。8高壓連接系統(tǒng)故障1.高壓連接器松脫檢查高壓連接器，如無故障復位。2.高壓互鎖信號檢查互鎖線信號及線路9高壓絕緣電阻過低報警1.高壓線束老化、破損、化學腐蝕更換高壓線束2.漏電傳感器故障更換漏電傳感器10電機（噪聲）異響1.電磁噪聲（高頻較尖銳）分貝值不高屬正常，如過高需更換電機機械噪聲，可能使來自電機、減速器、傳動軸等。檢查電機、減速器軸承，檢查傳動軸動，更換電機。四、任務實施----比亞迪秦EV整車控制器故障診斷1.任務準備安全防護：做好安全防護與場地隔離(車內外三件套、車輪擋塊、警示標志及隔離帶等)。工具設備：舉升機、人身安全防護套裝、絕緣工具套裝、常規(guī)工具套裝、萬用表。車輛臺架：比亞迪秦EV分控聯動示教臺或教學版整車。輔助資料：教材、維修手冊、任務工單、記號筆。2.操作步驟四、任務實施----比亞迪秦EV整車控制器故障診斷序號診斷流程操作方法檢測標準1車輛進入車間做好各項防護措施2檢查蓄電池電壓使用萬用表測量9～16V3讀取整車控制器故障碼插入診斷儀，進行終端診斷后，讀取并記錄所有故障碼4清除故障碼清除所有故障碼，退到off檔清除歷史碼5重新上ON電等待3分鐘，重新上ON電，讀取并再次記錄所有故障碼故障碼為當前故障6查閱故障碼表查閱故障碼表，故障現象是否在故障碼表中7上OK電若現象在故障碼表中，檢查高壓直流母線是否加載高壓。OK燈亮，正常值250V～510V若現象不在故障碼表中，檢查充配電三合一或動力蓄電池。OK燈亮，正常值250V～510V8維修或更換整車控制器9測試確認10結束四、任務實施----比亞迪秦EV整車控制器故障診斷參考：比亞迪秦EV整車控制器故障碼表序號故障碼故障定義可能故障位置1P1D7902整車控制器碰撞信號故障整車控制器、SRS模塊、低壓線束2P1D6144整車控制器EEPROM錯誤整車控制器3P1D6200(預留)整車控制器巡航開關信號故障4P1D6300(預留)整車控制器水泵驅動故障5P1D7B00油門信號故障-1信號故障整車控制器、油門深度傳感器、低壓線束6P1D7C00油門信號故障-2信號故障整車控制器、油門深度傳感器、低壓線束7P1D6600油門信號故障校驗故障整車控制器、油門深度傳感器、低壓線束8P1D6700(預留)剎車信號故障-1信號故障整車控制器、制動