关键技术电驱动系统课件

纯电动汽车的关键技术

目录车用驱动电机及其控制器动力电池系统整车控制系统发展方向概述在电动汽车上，电驱动系统是电动汽车中把电能转换成机械能的动力部件。由驱动电机及其控制器组成，典型系统结构如下图：

分类特点1）以电磁转矩为控制目标，以加速踏板和制动踏板为输入控制参数，要求转矩响应迅速、波动小；2）要求驱动电机有较宽的调速范围，电机能在四象限内工作；3）电机低速能输出大扭矩和较大过载倍速（2~4倍），高速取有一定功率输出；4）驱动系统高效、电磁兼容性好且易于维护；5）良好的可靠性、耐温、耐潮湿，在恶劣的缓解下能长期运转，结构简单、能批量生产。

四象限工作是指其运行机械特性曲线在数学轴上的四个象限都可以运行，第一象限正转电动状态；第二象限回馈制动状态；第三象限反转电动状态；第四象限反接制动状态。电机要求1）高电压---在允许范围内，尽可能采用高电压，以减少电机尺寸和导线截面积，以降低功率转换器的成本；2）质量轻---尽量采用铝合金外壳，电机控制器和冷却系统也需要降低质量；3）启动转矩大、调速范围宽---使电动车有良好的起动性能；4）高效率、低损耗---具备再生制动能量回收，可以达到总能量的10~15%；5）电气系统和控制系统的安全性须符合有关国标；6）高可靠性---耐温耐潮湿、抗震动、运行时噪音低。电机主要性能参数电机主要性能参数额定电压：在额定工况下，电机定子绕组应输入的线电压值；额定电流：在额定电压下，电机轴上输出的机械功率为额定功率时，电机定子绕组通过的线电流值；额定转速：在额定电压输入下，以额定功率输出时对应的电机最低转速；额定功率：在额定条件下，电机轴上输出的机械功率；最高转速：在无带载条件下，电机允许旋转的最高转速；额定转矩：电机在额定功率和额定转速下的输出转矩；峰值转矩：电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩；堵转转矩：电机转子在所有角位堵住时所产生的转矩最小测得值；机械效率：额定运行时电机轴上输出的机械效率与电源输入功率之比值；整体效率：电机转轴输出功率与控制器输入功率之比值；常用电机性能比较序号性能项目直流电机交流异步电机永磁同步电机开关磁阻电机1功率密度低中高较高2转矩性能一般好好好3转速范围rpm4000~60009000~150004000~10000>150004功率因素_82~8590~9360~655峰值效率%85~8994~9595~9785~906负荷效率80~8790~9285~9778~867过载能力%200300~500300300~5008恒功率区-1:51:2.251:39可靠性差好优良好10结构紧固性差好一般优良11电机外形尺寸大中小小12电机质量重中轻轻13控制操作性能最好好好好14控制器成本低高高一般评价指标举例：三相异步电动机铭牌内容1）生产厂家名称2）电机名称如：电动汽车用变频调速三相异步电动机3）型号表示产品性能、结构和用途的代号；4）额定功率

5）额定电压

6）额定电流

7）额定频率

8）额定转速

9）最高转速10）额定转矩11）峰值功率12）接法在额定电压下定子绕组的接线方式，有星型和三角形13）绝缘等级14）防护等级如IP6715）工作制，分为：S1—连续运行；S2—短时运行；S3:断续运行16）额定功率因数额定功率输出情况下，定子绕组相电压与相电流之间相位角的余弦，一般为0.7~0.9；功率因素越高，电利用率越高17）电机质量18)冷却方式如：水冷19）生产日期电机控制器 MotorControlUnit(MCU)

MCU是新能源汽车特有的核心功率电子单元，通过接收VCU的车辆行驶控制指令，控制电动机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。

实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。

同时，MCU具有电机系统故障诊断保护和存储功能。电机控制器组成MCU由外壳及冷却系统、功率电子单元、控制电路、底层软件和控制算法软件组成，具体结构如下所示电机控制器组成 MCU硬件电路采用模块化、平台化设计理念（核心模块与VCU同平台），功率驱动部分采用多重诊断保护功能电路设计，功率回路部分采用汽车级IGBT模块并联技术、定制母线电容和集成母排设计；结构部分采用高防护等级、集成一体化液冷设计。 MCU底层软件以AUTOSAR开放式系统架构为标准，达到ECU开发共同平台的发展目标，模块化软件组件以软件复用为目标

应用层软件按照功能设计一般可分为四个模块：状态控制、矢量算法、需求转矩计算和诊断模块。其中，矢量算法模块分为MTPA控制和弱磁控制电机控制器控制技术MCU关键技术如下基于32位高性能双核主处理器；汽车级并联IGBT技术定制薄膜母线电容集成化功率回路设计基于AutoSAR架构平台软件及先进SVPWMPMSM控制算法；高防护等级壳体及集成一体化水冷散热设计电机发展方向1）高速化下的小型轻量化（坚固性）；2）高效性；3）低速大转矩情况下的大范围的恒定输出特性；4）寿命长及高可靠性；5）低噪音；6）成本低电机控制器发展方向1）功率器件发展方向

目前主流中高端产品使用IGBT期间，

智能模块化电力开关器件日益增多；2）控制方法的发展方向

目前交流驱动已占大多数，以后研究方向还是在交流驱动方面；目前广泛采用的矢量控制和直接转矩控制，在此基础上，采用高速数字处理器，使得一些复杂控制算法得到实际应用，提高驱动电机的控制性能，寻找新型的控制算法或改进现有控制方法，以提高电驱动系统的动、静态性能和鲁棒性；高性能的