《新能源汽车电机及控制系统检修》 课件 项目三 驱动电机控制系统检修

新能源汽车电机及控制系统检修项目三

驱动电机控制系统检修项目三驱动电机控制系统检修任务一

驱动电机控制系统的组成任务二

驱动电机控制系统的技术分析任务三

驱动电机控制系统的检修任务一

驱动电机控制系统的组成一、电机控制系统的组成及作用二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修一、电机控制系统的组成及作用项目三驱动电机控制系统检修

驱动电机控制系统的性能直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受，是新能源汽车主要的性能指标。

电机控制系统由驱动电机、高压配电设备、电机控制器（MCU）、整车控制器（VCU）、高低压线束、相关传感器组成。一、电机控制系统的组成及作用项目三驱动电机控制系统检修一、电机控制系统的组成及作用项目三驱动电机控制系统检修

驾驶员的意图主要反映在挡把位置、油门踏板位置、制动踏板位置等传感器上，整车控制器（VCU）根据这些传感器的信号通过运算判断后，发出各种指令，电机控制器收到指令响应并反馈，实时调整驱动电机输出，以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。

电机控制器还能与其它设备通信，并具有对电机以及整车的保护功能，它实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统和整车安全可靠运行。为了保证电动汽车控制策略的实现，电机控制器需要和整车控制器共同协作，来实现整车控制的功能。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修1.整车控制器整车控制是根据驾驶人意愿和各系统实时状态，通过对比分析后做出决策，并发出指令；合理分配动能，使车辆运行在最佳状态。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修1.整车控制器整车控制是根据驾驶人意愿和各系统实时状态，通过对比分析后做出决策，并发出指令；合理分配动能，使车辆运行在最佳状态。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修2.电机控制器

电机控制器是驱动电机系统的控制中心，北汽EV技术资料上通常将其简称为MCU，吉利帝豪EV技术资料通常将其简称为PEU。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修2.电机控制器

电机控制器的主要功能是控制电机的旋转速度、旋转方向以及再生能量回收。此外，电机控制器还要对电流传感器、电压传感器、温度传感器等输入信号进行处理，并将驱动电机系统的运行状态通过CAN总线发送给整车控制器。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修2.电机控制器

北汽EV160的电机控制器开盖后的整体结构如图所示，由接口电路、控制主板、IGBT模块

、超级电容、放电电阻、电流感应器、壳体水道等组成。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修2.电机控制器（1）接口电路接口电路安装在电机控制器的上部，如图所示，其作用是实现电机控制器与外部的信息传递。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修2.电机控制器

（2）控制主板

控制主板如图所示，其功能有：与整车控制器通讯、监测直流母线电流、控制IGBT模块、监控高压线束连接情况（2014年前生产车辆无此功能）、反馈IGBT模块温度、旋变传感器励磁供电、旋变信号分析、信息反馈二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修2.电机控制器

（3）IGBT模块IGBT模块如图所示，包含了6支IGBT以及一些电路和电子元器件。IGBT模块的功能有：信号反馈给电机控制器控制主板、监测直流母线电压、直流转换交流及变频、监测相电流的大小、监测IGBT模块温度、三相整流。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修2.电机控制器

在新能源汽车电机控制器里，就采用了利用栅门极电压来控制IGBT开通和关断这样的特性，实现电路逆变及控制这样的功能。

二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修2.电机控制器

封装好的IGBT图二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修2.电机控制器（4）超级电容超级电容器外观如图所示。当电机控制器输入的高压电路接通，输入电路就给超级电容充电，当电机启动时，电容能够把储存的能量释放出至电路，维持输出电路电压稳定。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修2.电机控制器

超级电容器的内部结构如图所示。超级电容器是一种通过极化电解质来储能的电化学元件，在储能过程中并不发生化学反应，而且储能过程是可逆的，可以反复充电数十万次。超级电容采用活性炭材料制成多孔电极，同时在相对的炭多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别聚集正负电荷。而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层，相当于两个电容器串联。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修2.电机控制器（5）放电电阻当汽车切断高压电路时，需要通过电阻对电容器进行放电。当控制器带动的电机或其它负载在停机的时候，可采用能耗制动的方式实现快速停车。放电电路与超级电容并联，如果放电电路故障，会报放电超时导致高压断电。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修3.电机控制系统的传感器（1）加速踏板位置传感器加速踏板位置传感器主要传递驾驶员的驾驶意图，通常安装于加速踏板上，如图所示。驾驶员踩下加速踏板主要反映两方面意图：一方面是目标速度，另一方面是达到目标速度的时间，也就是加速度。这两个参数对应到加速踏板上，就体现为开度和开度的变化率。加速踏板位置传感器通过对加速踏板位置和运动速率的准确描述，向控制器传递驾驶员当前意图。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修3.电机控制系统的传感器

加速踏板位置传感器根据其工作原理的不同，可以划分为电位计式、感应式和霍尔效应式，当前采用最多的是电位计式的加速踏板位置传感器。一般安装在驾驶室加速踏板轴的一端，通过脚踩踏板使得传感器内部指针滑动改变滑动电阻器的阻值，从而影响加载在其上面的电压值。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修3.电机控制系统的传感器加速踏板位置传感器电路图二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修3.电机控制系统的传感器（2）制动踏板位置传感器

制动踏板位置传感器安装在制动踏板轴的一端，拥有检测汽车的制动状态，同时可以作为制动灯信号。当制动踏板被踩下时，制动灯电路中的常闭开关接通，制动灯点亮，同时将制动信号发送给VCU。

制动踏板位置传感器有开关式和电位计式，北汽EV160汽车采用的是开关式的，只能反映是否踩下了制动踏板；比亚迪E5汽车的制动踏板位置传感器采用电位计式，可以反映制动踏板准确位置。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修3.电机控制系统的传感器（3）挡位传感器

北汽EV160的旋钮式换挡机构，其原理是输入到VCU的是4路模拟电压信号，信号输入后首先进行高、低有效性判断和故障诊断。电路图如图所示。挡位控制器通过4路模拟电压，不同电压组合对应不同挡位二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修3.电机控制系统的传感器（4）电机温度传感器电机温度传感器主要用以检测电机的绕组温度，电机控制器通过此温度传感器温度信号，控制冷却系统甚至电机停转以此保护电机，避免过热后烧损。二、电机控制系统各部件项目三驱动电机控制系统检修3.电机控制系统的传感器

北汽EV160汽车的温度传感器采用两线制，安装在电机的旋变器中，为确保信号准确通常安装两个传感器进行信号比对，以防止电机控制器对温度进行错误判断。当温度出现异常时，电机控制器将控制电机进行降功率工作，如果温度超过极限值电机将被停止运行。任务二

驱动电机控制系统的技术分析一、变流技术二、电机控制策略项目三驱动电机控制系统检修一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修

变流技术是电能的变换与控制技术，在新能源汽车领域应用广泛的有三大类：车辆整车行驶时，动力电池高压直流电转换成可供驱动电机工作的高压交流电，即逆变；车辆处于能量回收工况时，将汽车动能转换成电能的交流电转换成能存储在动力电池的直流电，即再生制动；将动力电池的高压电转换成低压电源12V，为低压电路提供工作电源和为辅助电池充电，即DC/DC转换。一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修1.逆变技术将直流电转换为交流电，向驱动电机提供工作电源，逆变电路输出的频率和电压的大小，取决于负载的实际需要，可以是定压定频的负载，也可以是调压调频的负载。（1）原始半桥逆变如图所示，这是一个基本的逆变电路，由S1、S2、S3、S4构成桥式电路，S1、S2构成一个桥臂，

S3、S4构成另一个桥臂，形成两桥臂结构。一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修电压和通过的电流方向一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修（2）SPWMPWM(PulseWidthModulation脉冲宽度调制)，它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压的一种调节方式。而SPWM(SinusoidalPWM)，正弦脉宽调制，即通过改变输出方波的占空比得到等效正弦电压。它广泛地用于电动汽车的逆变器，大多数驱动电机输出电压控制使用这种方式。一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修首先介绍PWM控制的基本原理——面积等效原理。4种脉冲形状不同，但都是表示电压的窄脉冲且面积相等，当把这样的电压窄脉冲加在一阶惯性环节(R-L电路)上时，其输出电流i(t)响应波形非常接近，实际应用中视为等效。一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修面积等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

基于面积等效原理，则可以用PWM波替代正弦半波。如图所示，首先将正弦半波等分，每个等分的脉冲宽度是相同的，但幅值不同，然后使用一系列PWM波，即等幅但不等宽的脉冲来代替这个正弦半波。一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修电机控制器的逆变主电路原理如图所示，图中的VT1～VT6为IGBT，其接通或者断开分别受控于所对应的调制电路的电压信号，6个IGBT相互配合，可以调制出等效于三相正弦交流电的脉宽，并且电压频率及大小均可根据负载工作需求而控制调整。一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修下图所示为北汽EV160的电机控制器原理图，可以得知，IGBT模块在控制主板的控制之下，通过接通或者关断IGBT，即可将纯电动汽车直流电源转换成驱动电机所需要的三相正弦交流电。一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修2.再生制动新能源汽车普遍具有再生制动功能，是利用驱动电机处于发电状态，把一些动能转变为电能并储存起来，为汽车行驶提供必要的功率和能量，同时还能产生一定的制动力矩。新能源汽车再生制动系统的组成如图所示。一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修新能源汽车制动大致分为以下三种模式。紧急制动：对应于制动加速度大于2m/s的过程。为了保持车辆的制动安全，要尽可能的使用传统液压制动，此时电机较少或者不参与制动；正常制动：车辆在正常工况下的制动过程，一般有减速过程和停止过程。电机制动负责减速过程，停止过程由液压制动完成。两种制动转化点由电机发电特性确定；长时间下坡时的减速制动：车辆行驶在类似盘山公路的长坡时，对制动力要求不是很大，可以完全由电机制动提供，其充电特点表现为电流小但充电时间长。一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修当车辆进入再生制动阶段，驱动电动机工作在发电状态，6个IGBT全部处于关闭状态，整流二极管组成整流电路，电动机的三相绕组在制动过程中产生的三相交流电通过三相桥式整流电路变为直流电。一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修当电机U相正极回收的电能紧固VD1回到动力电池正极，动力电池负极出来的电流紧固VD6回到电机W相负极；一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修当电机V相正极回收的电能紧固VD2回到动力电池正极，动力电池负极出来的电流紧固VD4回到电机U相负极；一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修当电机W相正极回收的电能紧固VD3回到动力电池正极，动力电池负极出来的电流紧固VD5回到电机V相负极。一、变流技术项目三驱动电机控制系统检修3.DC/DC转换

新能源汽车的低压系统额定电压为12V，工作时，通过DC/DC转换器将汽车高压电源的电压转换到12V，供低压系统使用。在晶体管桥接电路中将高压转换为交流，通过变压器降至低压。然后，将通过整流和滤波将交流转换为直流，并稳定的输出至直流电压12V系统二、电机控制策略项目三驱动电机控制系统检修1.驱动电机系统上电流程二、电机控制策略项目三驱动电机控制系统检修2.驱动电机系统下电流程二、电机控制策略项目三驱动电机控制系统检修3.驱动电机系统驱动模式（1）电机系统驱动模式整车控制器根据车辆运行的不同情况，包括车速、挡位、电磁SOC值来决定，电机输出转矩获功率。当电机控制器从整车控制器处得到转矩输出命令时，将电池提供的直流电能，转化成交流电能，以使电机输出转矩。此时电机输出转矩驱动车辆。二、电机控制策略项目三驱动电机控制系统检修（2）电机系统发电模式当车辆在溜车或制动的时候，电机控制器从整车控制器得到发电命令后，电机控制器将电机处于发电状态。此时电机会将汽车动能转化成交流电能。然后，交流电能通过电机控制器转化为直流电，存储到动力电池中。3.驱动电机系统驱动模式二、电机控制策略项目三驱动电机控制系统检修4.电机控制系统温度保护控制策略（1）冷却系统控制当控制器监测到驱动电机温度45℃≤温度＜50℃时，散热器冷却风扇低速启动；驱动电机温度≥50℃时，冷却风扇高速启动；驱动电机温度降至40℃时，冷却风扇停止工作。当控制器监测到散热基板温度≥75℃时，冷却风扇低速启动。散热基板温度≥80℃时，冷却风扇高速启动；散热基板温度降至75℃以下时，冷却风扇停止工作。二、电机控制策略项目三驱动电机控制系统检修（2）电机温度控制当控制器监测到驱动电机温度120℃≤温度＜140℃时，降功率运行；

驱动电机温度≥140℃时，降功率至0，即停机。（3）电机控制器温度控制

当控制器监测到散热基板温度≥85℃时，停机；当控制器监测到散热基板温度为：85℃≥温度≥75℃时，降功率运行。任务三

驱动电机控制系统的检修一、北汽EV160汽车故障诊断与检修二、帝豪EV450汽车检修案例项目三驱动电机控制系统检修一、北汽EV160汽车故障诊断与检修项目三驱动电机控制系统检修1.北汽EV160电机控制系统的线路连接在北汽EV160驱动电机系统中，驱动电机的输出动作主要是靠控制单元给定命令执行，即控制器输出命令。控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频率可调的三相交流电，供给配套的三相交流永磁同步电机使用。驱动电机控制系统的电路连接如图所示。一、北汽EV160汽车故障诊断与检修项目三驱动电机控制系统检修连接器型号编号信号名称说明AmphenolRTOW01419PN03A激励绕组R1电机旋转变压器接口B激励绕组R2C余弦绕组S1D余弦绕组S3E正弦绕组S2F正弦绕组S4G电机温度TEMP_H0电机温度接口H电机温度TEMP_L0J电机温度TEMP_H1K电机温度TEMP_L1L互锁-1高低压互锁接口M互锁-2一、北汽EV160汽车故障诊断与检修项目三驱动电机控制系统检修电机控制器低压插接器位置电机控制器高压接口位置一、北汽EV160汽车故障诊断与检修项目三驱动电机控制系统检修编号功能描述编号功能描述1电源24接地2-8空29CAN屏蔽9温度0测量H端30CAN地10温度0测量L端31EVCAN总线低11励磁绕组+32EVCAN总线高12励磁绕组-33旋变线屏蔽线20温度1测量H端34余弦绕组+21温度1测量L端35余弦绕组-22正弦绕组+

23正弦绕组-

电机控制器低压插接器针脚说明表一、北汽EV160汽车故障诊断与检修项目三驱动电机控制系统检修2.北汽EV160电机控制系统的保养（1）维护保养周期日常维护保养：1-2次/周定期维护保养：1次/6个月或者1万公里一、北汽EV160汽车故障诊断与检修项目三驱动电机控制系统检修2.北汽EV160电机控制系统的保养（2）维护保养方案日常维护保养方案：对驱动电机、驱动电机控制器表面进行清洁（需下电）；检查高、低压线束插件是否插接牢靠（需下电）

；检查副水箱中的冷却液是否充足，各水管接头有无滴漏现象（需下电）；检查风扇、水泵是否工作正常；检查35pin插头24脚和1脚电压是否在9-16V之间；检查车辆运行过程中驱动电机是否有异响；注意区分是机械噪声（类似“咔咔”、“哒哒”声），还是电磁噪声（类似“滋～～”，频率高，刺耳），如果是后者，可暂时不考虑处理。一、北汽EV160汽车故障诊断与检修项目三驱动电机控制系统检修2.北汽EV160电机控制系统的保养定期维护保养方案对驱动电机、驱动电机控制器表面进