新能源汽车驱动电机及控制系统检修 课件 任务13、14 电机冷却系统故障检修、电机控制系统综合故障检修

驱动电机及控制系统检修任务十三电机冷却系统故障检修任务导入场景：新能源汽车售后维修中心人物：维修技师小刘、客户王先生情节：王先生的广汽GE3纯电动汽车在行驶过程中偶发性出现驱动电机系统高温报警故障，将车辆静置一段时间后，故障恢复，系统故障灯消失。维修技师小刘已经对部分故障可能性进行排查，本任务需对冷却系统进行检修。提出问题如何检测电机冷却系统？任务目标教学内容驱动电机冷却系统定义、作用驱动电机冷却系统类型与结构常见故障分析电动水泵检测任务目标能根据驱动电机起动方式，使用专用设备仪器，对驱动电机起动功能进行测试。能根据驱动电机制动方式，使用专用设备仪器，对驱动电机制动功能进行测试。任务实施——冷却系统部件检查知识讲解驱动电机冷却系统

驱动电机、电机控制器等高压部件在工作时，总是有一部分损耗转变成热量，它必须通过外壳和周围介质不断将热量散发出去，这个散发热量的过程，称之为冷却。定义及作用

电机控制器、车载充电机、DC/DC变换器等高压部件，在高压电的转化过程中，也都会产生热量，需要有效的散热。任务实施——冷却系统部件检查知识讲解驱动电机冷却系统

自然冷却依靠电机铁心自身的热传递，散去电动机产生的热量，热量通过封闭的机壳表面传递给周围介质，其散热面积为机壳的表面，为增加散热面积，机壳表面可加冷却筋。

自然冷却结构简单，不需要辅助设施就能实现，但自然冷却效率差，仅适用于转速低、负载转矩小、发热量较小的小型电机。分

类驱动电机的冷却方式主要有自然冷却、风冷、水冷、油冷等方式。①

自然冷却任务实施——冷却系统部件检查知识讲解驱动电机冷却系统

电机自带同轴风扇来形成内风路循环或外风路循环，通过风扇产生足够的风量，带走电机所产生的热量。介质为电机周围的空气、空气直接送入电机内，吸收热量后向周围环境排出。

风冷方式冷却效果好；可使用风冷却器，采用循环空气冷却器避免腐蚀物和磨粒，有利于提高电机的使用寿命；结构相对简单，冷却成本较低。但受环境因素的制约，在恶劣的工业环境中，例如高温、粉尘、污垢和恶劣的天气下无法使用风冷。分

类驱动电机的冷却方式主要有自然冷却、风冷、水冷、油冷等方式。②

风冷任务实施——冷却系统部件检查知识讲解驱动电机冷却系统

水冷是将冷却液通过管道和通路引入定子或转子空心导体内部，通过循环的冷却液不断的流动，带走电动机转子和定子产生的热量，达到对电动机的冷却功能。

水冷方式冷却效果比风冷更显著。但是，需要良好的机械密封装置，冷却液循环系统结构复杂，存在渗漏隐患，如果发生冷却液渗漏，会造成电机绝缘破坏，可能烧毁电机；水质需要处理，其电导率、硬度和pH值都有一定的要求。分

类驱动电机的冷却方式主要有自然冷却、风冷、水冷、油冷等方式。③

水冷任务实施——冷却系统部件检查知识讲解驱动电机冷却系统

和水冷相比，油冷的优势在于绝缘性能良好，油的沸点和凝点比水要高，使冷却液在低温下不易结冰，高温下不易沸腾。按照冷却油与定子轭部的接触形式主要分为直接油冷和间接油冷方式。直接油冷又包括浸油式和喷油式两类。浸油冷却方式，是将电机的定、转子均浸没在却油里进行冷却。喷油式油冷的冷却方式，是油通过油泵等装置喷到定子端部或其他发热处进行冷却。

分

类驱动电机的冷却方式主要有自然冷却、风冷、水冷、油冷等方式。④

油冷任务实施——冷却系统部件检查知识讲解驱动电机冷却系统结

构驱动电机冷却系统主要由电动水泵、散热器、冷却风扇、膨胀箱、温度传感器、冷却液循环管路等组成。冷却系统结构示意图任务实施——冷却系统部件检查知识讲解散热器安装位置散热器主要由进水管、出水管和散热片三部分构成，垂直于空气流动的方向安装在汽车前端。散热器

工作时冷却液携带驱动电机、电机控制器等产生的热量，由电动水泵带动流经散热器，冷却液在散热器内通过散热片与外部空气进行热量交换，再通过空气流动带走热量，实现冷却液的降温。任务实施——冷却系统部件检查知识讲解散热器常见故障分析序号故障类型故障现象处理方式1散热器叶片堵塞冷却系统水温过高使用高压吹尘枪清理2散热器破损渗漏更换3散热器出水管变形、老化更换4散热器进水管变形、老化更换5散热器内部循环管路堵塞疏通管路或更换任务实施——冷却系统部件检查知识讲解冷却风扇安装位置冷却风扇一般与散热器集成，安装在前机舱内散热器的后部。冷却风扇

冷却风扇可增加散热器和空调冷凝器的通风量，从而有助于加快车辆低速行驶时的冷却速度。任务实施——冷却系统部件检查知识讲解散热器主要参数序号项目参数单位1额定电压直流12±0.1V2额定电流（高速挡）A≤203额定电流（低速挡）A≤152300±2304额定转速（高速挡）r/min1900±1905额定转速（低速挡）r/min6额定噪音≤72+2.5dB7额定风量2500±100m3/h8单侧风扇不平衡量20g.mm任务实施——冷却系统部件检查知识讲解冷却风扇控制原理

①冷却液温度较高时，冷却风扇开启高速运行模式。VCU控制高速继电器闭合，电机带动风扇叶片高速旋转。

②冷却液温度较低时，冷却风扇开启低速运行模式。VCU控制低速继电器闭合，通过串联调速电阻之后，电机转速变低，风扇叶片转速随之降低。冷却风扇控制原理图任务实施——冷却系统部件检查知识讲解冷却风扇常见故障分析序号故障类型故障现象处理方式1风扇故障风扇叶片弯曲、损坏短时间内，风扇可继续运转，长期使用可能出现飞脱更换风扇叶片2电机损坏冷却风扇不能正常转动更换电机3线路故障继电器故障更换继电器4控制线路断路、短路、虚接等更换线束5电源线路断路、短路、虚接等更换线束任务实施——冷却系统部件检查知识讲解冷却液循环管路定义

冷却液循环管路指冷却系统中，各个部件之间连接所用管路，冷却循环管路一般分为硬管和软管。冷却液循环管路任务实施——冷却系统部件检查知识讲解冷却液循环管路常见故障分析序号故障类型故障现象处理方式1冷却液循环管路硬管变形冷却系统水温过高、冷却液消耗异常更换变形管路2冷却液循环管路软管老化更换老化管路3冷却液循环管路内部堵塞疏通管路或更换堵塞管路4冷却液循环管路接口破损更换破损管路技能操作操作准备任务实施——冷却系统部件检查新能源教学整车高压安全防护用品、绝缘工具、绝缘扭力扳手、举升机、冷却液回收装置、减速器齿轮油回收装置、制冷剂回收装置、LN虚拟实验系统、驱动电机实验卡工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页冷却系统部件检查安全第一操作规范7S管理40分钟任务项目要求安全注意事项时间技能操作任务实施——冷却系统部件检查任务实施——电动水泵检测知识讲解定义及作用电动水泵是整个冷却系统唯一的动力元件，负责为冷却液的循环提供动能，其最终目的是把汽车上受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证电机在最适宜的温度状态下正常工作。新能源汽车常用微型循环水泵作为冷却系统的电动水泵。电动水泵任务实施——电动水泵检测知识讲解结构及工作原理

微型循环水泵采用的是直流无刷离心水泵，由泵壳、水泵叶轮、轴承、电机、水泵控制器构成。

微型电机转子旋转，带动和其固连叶轮转动，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，在离心力的作用下被甩向循环水泵壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水道或水管流出，进入电机控制器等热源部件。叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力降低，水箱中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经水管被吸入叶轮中，实现冷却液的往复循环。直流无刷离心水泵工作原理图任务实施——电动水泵检测知识讲解规格参数

电动水泵的主要参数有电压、扬程、流量、功率、工作温度、噪音、调速方式等.电动水泵性能曲线规格参数任务实施——电动水泵检测知识讲解规格参数序号项目参数单位1工作电压范围8~16.5V2流量（10kPa水压）1100L/H3流量（14kPa水压）900L/H4流量（20kPa水压）600℃5调速方式PWM/LIN信号-任务实施——电动水泵检测知识讲解常见故障分析序号故障类型故障现象处理方式1散热器叶片堵塞冷却系统水温过高

使用高压吹尘枪清理2散热器破损渗漏更换3散热器出水管变形、老化更换4散热器进水管变形、老化更换5散热器内部循环管路堵塞疏通管路或更换6水泵搭铁线路故障更换或维修线路7水泵继电器故障更换继电器8水泵控制线路故障更换或维修线路任务实施——电动水泵检测知识讲解检测内容及流程

（1）检查电动水泵

检查电动水泵是否有壳体变形或渗漏、叶轮损坏、水道堵塞等情况，如有应更换电动水泵总成。（2）检测电动水泵的工作条件

检测电动水泵供电电压是否在正常工作范围内，如不正常，应修复或更换电源线束、继电器、保险等。（3）检测电动水泵控制信号

检测电动水泵控制信号电压是否正常，如不正常，应修复或更换控制线束；进一步检测控制器是否故障。（4）检查水泵电机

检测电机是否正常工作，如不正常，应更换电动水泵总成。技能操作操作准备任务实施——电动水泵检测新能源教学整车高压安全防护用品、绝缘工具、绝缘扭力扳手、举升机、冷却液回收装置、减速器齿轮油回收装置、制冷剂回收装置、工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页电动水泵检测安全第一操作规范7S管理40分钟任务项目要求安全注意事项时间技能操作任务实施——电动水泵检测任务实施——冷却系统故障诊断与检修知识讲解电机冷却系统控制原理电机冷却系统控制原理图任务实施——冷却系统故障诊断与检修知识讲解电机冷却系统故障分析序号检查项目可能故障维修意见1膨胀箱的冷却液储存量冷却系统泄漏检测冷却系统密封性，并检修泄漏部位2散热器内外散热状况散热器内部污垢清洗电池散热器内部或更换动力电池散热器3冷却风扇工作状况风扇或线路故障更换风扇、修复线束4温度传感器电阻性能水温传感器有故障更换温度传感器5电动水泵工作状况电动水泵或线路故障更换电动水泵、修复线束6冷却管路是否畅通冷却管路堵塞更换堵塞管路或零件7控制器线路控制器或线路故障更换控制器、修复线束任务实施——冷却系统故障诊断与检修知识讲解电机冷却系统故障分析技能操作操作准备任务实施——冷却系统故障诊断与检修新能源教学整车高压安全防护用品、绝缘工具、绝缘扭力扳手、举升机、冷却液回收装置、减速器齿轮油回收装置、制冷剂回收装置、工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页冷却系统故障诊断与检修安全第一操作规范7S管理40分钟任务项目要求安全注意事项时间技能操作任务实施——冷却系统故障诊断与检修检查评估10分钟2）测试评估是否正确完成散热器检查作业是否正确完成冷却风扇检查作业是否完成电动水泵检测作业工具、设备是否整理恢复实训工位是否打扫干净工作页是否填写完整是否正确完成循环管路检查作业是否完成电动水泵检测作业任务小结驱动电机及控制系统检修任务十四电机控制系统综合故障检修任务导入场景：新能源汽车售后维修中心人物：维修技师小刘、客户王先生情节：王先生的新能源汽车在行驶过程中，仪表盘驱动电机系统故障信号装置、驱动电机温度故障信号装置点亮，车辆被降功率行驶。王先生联系维修技师小刘帮助他查找并修复故障，如果你是小刘，你应该怎么帮助王先生？提出问题如何检修驱动电机系统综合故障?任务目标教学内容驱动电机冷却系统定义、作用驱动电机冷却系统类型与结构常见故障分析电动水泵检测任务目标能根据电机控制器工作原理，结合数据流信息，分析判断电机控制器工作状态及故障原因。能结合车辆故障现象，使用专用工具，规范完成驱动电机系统故障检修作业。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器工作模式初始化模式

低上电后，电机控制器进行初始化处理，控制所有输出设置成安全状态，复位相关故障，完成CAN驱动初始化工作以及传感器零漂标定工作等。电机控制器的工作模式主要有初始化、等待、高压预充、转速控制模式、转矩控制模式、主动放电、以及故障模式。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器工作模式等待模式

初始化完成后，在未收到整车控制器请求模式高压预充前，电机控制器反馈等待模式，表示低压工作正常。高压预充模式

在等待模式下，整车控制器控制电池管理系统进行预充，主继电器吸合后，整车控制器向电机控制器发送高压预充信号，此时电机控制器检测母线电压是否满足最低电压需求，如达到最低工作电压，电机控制器向整车控制器反馈高压预充信号，完成高压上电过程。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器工作模式转速控制模式

当整车需求指令为转速控制模式，且整车无严重故障时，电机控制器进入转速控制模式。根据整车控制器请求转速进行调节，默认正转速请求时，观察电机输出轴端，逆时针旋转为正方向。当整车有严重故障时，电机控制器从转速控制模式自动转换至高压预充模式并关闭IGBT使能。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器工作模式转矩控制模式

当整车需求指令为转矩控制模式，且整车无严重故障时，电机控制器进入转矩控制模式。根据整车控制器请求转矩进行调节，正转矩为驱动模式，负转矩为制动发电（能量回馈）模式。当整车有严重故障时，电机控制器从转矩控制模式自动转换至高压预充模式并关闭IGBT使能。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器工作模式主动放电模式

当整车需求指令为快速放电模式，整车无严重故障，且电机控制器检测电机转速低于一定转速时，电机控制器可进入主动放电模式，该模式的执行类同转矩控制模式，使用电机绕组进行放电，控制放电电流，在规定时间内将控制器内部残余电量释放完成（放电过程不检测欠电压故障），如超时未完成，电机控制器自行停止放电并上报故障。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器工作模式故障模式故障模式主要用于电机端故障处理，当电机控制器检测到故障时会进入该模式。根据整车控制器需求，故障发生时需要进行重新上下弱电进行复位，在故障模式下只能执行被动放电。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器功能实现转矩控制转矩控制原理框图任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器功能实现MTPA控制MTPA曲线在低速下，以恒定步长增加电流矢量的幅值，在定幅值情况下给定不同的电流角，并形成电流闭环控制，通过功率分析仪记录电机的输出转矩。后期对所有数据进行分析，寻找相同电流矢量幅值下输出转矩最大的点，最终形成MTPA曲线并制成表格。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器功能实现弱磁控制弱磁控制区域在弱磁区域，使电压矢量的幅值保持不变（等于SVPWM的内切圆），在不同转速下进行电压扫描实验，并通过功率分析仪记录数据，最终制成表格。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器功能实现转速控制转速控制原理框图转速控制是指电机控制器在接收到整车控制器转速控制模式请求和指令转速值后，根据实时转速进行闭环调节，最终达到和指令转速一致的转速。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器功能实现电压控制电压控制原理框图电压控制是指电机控制器在接收到整车控制器电压控制模式请求后，根据实时母线电压进行闭环调节，以发电的方式将母线电压稳定在某个固定的电压值。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器功能实现转子位置处理旋变软件解码原理图

先将旋变正、余弦信号原始波形分别采样，通过一系列的信号处理算法计算出正、余弦信号的包络线。对包格线上的sin值和cos值求正切，通过正切值和正、余弦值的符号查表可得到电机的当前角度值。同时为了增加旋变软件解码的抗干扰性能，对软件解码增加一个锁相处理环节。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器功能实现上下电过程及快速放电控制电机控制器上电过程首先电机控制器进行自检，自检有问题将会自动重启。自检完成无故障状态后，进行绝缘检测电机控制器下电过程下电过程通过控制器的自锁电路，保证在有高压的时候，低压电不能断开。当高压电的主继电器断开，且母线电压下降到36V以下后，低压电自动断开，电机控制器实现完全断电。快速放电控制电机控制器电容中的电量有两种释放方式：一是被动放电，通过电机控制器的放电电阻进行放电；二是主动放电，动力蓄电池主继电器断开后，在不产生力的前提下通过d轴电流发热消耗电量。任务实施——驱动电机系统工作状态分析知识讲解电机控制器功能实现通信控制CAN初始化主要完成CAN模块的RX和TX引脚配置，设置CAN通信波特率及采样点，配置CAN接收和发送邮箱，设置CAN接收邮箱的ID滤波方式。CAN报文接收处理CAN报文可以以周期轮询的方式接收，也可以通过中断的方式实时接收CAN总线上的报文。在以轮询方式处理时，需要合理设计轮询周期确保不会出现报文丢帧，中断方式可以实现较高的实时性。CAN报文发送处理CAN的发送报文一般分为两种：一种是周期报文，以固定周期或可变周期发送，设计时放在周期性的TASK任务中处理；另一种是事件触发型报文，需要设计单独的发送函数来处理，按照实际发生时刻触发。技能操作操作准备任务实施——驱动电机系统工作状态分析新能源教学整车高压安全防护用品、绝缘工具、绝缘扭力扳手、举升机、冷却液回收装置、减速器齿轮油回收装置、制冷剂回收装置、LN虚拟实验系统、驱动电机实验卡工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页驱动电机系统工作状态分析安全第一操作规范7S管理40分钟任务项目要求安全注意事项时间技能操作任务实施——驱动电机系统工作状态分析任务实施——驱动电机系统综合故障检修知识讲解驱动电机系统常见故障损坏型故障序号故障类型定义示例1断裂具有有限面积的几何表面分离电机控制器的壳体、电机机座、端盖等2碎裂零部件变成许多不规则形状的碎块的现象轴承、转子花键等3裂纹在零部件表面或内部产生的微小的裂纹电机控制器的壳体、电机机座、端盖等4开裂焊接处、钣金件、非金属件产生的可见裂纹绝缘板、接线板、电缆线等5点蚀零部件表面产生的点状剥蚀电机花键6烧蚀零部件表面因局部熔化而发生的损坏继电器任务实施——驱动电机系统综合故障检修知识讲解驱动电机系统常见故障损坏型故障序号故障类型定义示例7击穿绝缘体丧失绝缘，出现放电现象，造成损坏电机绕组、电容、功率器件等8变形零部件在外力作用下改变原有的形状的现象电机转轴的弯曲或扭转变形，控制器外壳的变形等9压痕零部件表面产生的凹状痕迹转子花键表面的压痕10烧损由于运行温度超过零部件的允许温度，且持续一定时间，造成全部或部分功能失效定子绕组、功率器件、电容、电路板等11磨损由于摩擦使相互配合零件表面磨蚀严重而影响该对零部件正常工作的物理现象，电缆线、连接线等12短路电路中不同电位之间由于绝缘损坏发生线路短路定子绕组、旋变绕组、连接线路等任务实施——驱动电机系统综合故障检修知识讲解驱动电机系统常见故障退化型故障序号故障类型定义1老化非金属零部件随使用时间的增长或周围环境的影响，性能衰退的现象。如绝缘板、密封垫、密封圈等的老化。2剥离金属、非金属或油漆层以薄片状与原表面分离的现象。3异常磨损运动零部件表面产生的过快的非正常磨损。如转子花键的磨损。4腐蚀外壳、电连接器、电路板的氧化、锈蚀。5退磁永磁体转子退磁。任务实施——驱动电机系统综合故障检修知识讲解驱动电机系统常见故障松脱型故障序号故障类型定义1松动连接件丧失应具有的紧固力或过盈失效。如连接螺栓、轴承、转子铁心等。2脱落连接件丧失连接而造成的零部件分离的现象。如悬挂点的连接等。任务实施——驱动电机系统综合故障检修知识讲解驱动电机系统常见故障失调型故障序号故障类型定义1间隙超差触点间隙或配合间隙超出规定值而影响功能的现象。如接触器、轴承等的间隙超差。2干涉运动部件之间发生相碰或不正常摩擦的现象。如电机定子与转子之间的干涉等。3性能失调关键输出量不稳定。如输出转矩、转速的振荡、不稳定等。任务实施——驱动电机系统综合故障检修知识讲解驱动电机系统常见故障堵塞与渗漏型故障序号故障类型定义1堵塞在管路中流体流动不畅或不能流动的现象。如：液冷电机和控制器的管路。2漏水在密闭的管道及容器系统中，有液体成滴或成流泄出的现象。3渗水在水密闭的管道及容器系统中，有液体痕迹，但不滴落的现象。任务实施——驱动电机系统综合故障检修知识讲解驱动电机系统常见故障性能衰退或功能失效型故障序号故障类型定义1性能衰退在规定的行驶里程或使用寿命内，电机及控制器的性能低于技术条件规定的指标的现象。如最大输出转矩、功率出现明显下降造成整车动力性能下降。2功能失效由于某一局部故障导致电机或控制器某些功能完全丧失的现象。3公害限值超标产品的噪声超过规定的限值。