新能源汽车驱动电机及控制系统检修 课件 任务5、6 驱动电机性能测试、电机控制器检测与更换

驱动电机及控制系统检修任务五驱动电机性能测试任务导入场景：广汽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纯电动汽车在上坡时明显动力不足，其他工况下行驶无故障。维修技术小刘初步分析为电机转矩输出降低，需要对电机的性能进一步测试。本任务请小刘带大家一起对驱动电机进行性能测试。提出问题如何测试驱动电机性能？任务目标教学内容定子绕组接线方式、电阻定子绕组电阻检测、绝缘电阻检测驱动电机耐压性能测试驱动电机输入输出特性测试任务目标能根据驱动电机绕组接线方式，使用合适的工具，正确完成驱动电机电阻检测作业。能规范完成驱动电机绕组对机壳的工频耐电压测试作业。能规范完成驱动电机输入输出特性测试。任务实施——驱动电机电阻检测知识讲解定子绕组接线方式三相交流电机的三个绕组以交错的方式排列在金属槽中，每个线圈从绕组的开始端穿入，按一定的顺序穿过凹槽，最后从绕组的结束端穿出。一般三相绕组在空间上互相间隔120°，每相绕组由若干线圈连接组成。任务实施——驱动电机电阻检测知识讲解定子绕组接线方式三相交流电机的三相定子绕组每相绕组都有两个引出线头，分别为首端和末端。其中，U1、V1、W1为首端，U2、V2、W2为末端。六个引出线头引入接线盒的接线柱上。任务实施——驱动电机电阻检测知识讲解定子绕组接线方式三相定子绕组的接线方式有三角形连接和星形连接两种。星形连接方式是将三相绕组的末端并联，即U2、V2、W2三个接线柱用铜片连接在一起，将三相绕组的首端分别接入三相交流电源，即U1、V1、W1分别接入U、V、W相电源。任务实施——驱动电机电阻检测知识讲解定子绕组接线方式三相定子绕组的接线方式有三角形连接和星形连接两种。三角形连接方式是将三相绕组依次首尾相连，并将每个相连点引出，接入三相交流电源，即在接线板上将接线柱U1和W2、V1和U2、W1和V2分别用铜片连接起来，再分别接入三相电源。任务实施——驱动电机电阻检测知识讲解定子绕组电阻对于星形连接，各定子绕组的相电阻与出线端测得电阻的关系为：星形连接任务实施——驱动电机电阻检测知识讲解定子绕组电阻对于三角形形连接，各定子绕组的相电阻与出线端测得电阻的关系为：三角形连接任务实施——驱动电机电阻检测知识讲解定子绕组电阻检测①将驱动电机在温度均匀的空间中放置一段时间，使驱动电机内外和环境温度一致。②使用温度计检测环境温度，并记录数值。③使用温度计检测驱动电机定子绕组、铁芯温度，所测温度与环境温度之差应不超过2K。如驱动电机处于不工作状态且在环境温度稳定的空间中放置时间超过12小时，则不需要进行此步骤。④使用微欧计或万用表检测各相绕组的电阻值。检测时，驱动电机转子静止不动，在每个出线端间检测电阻。检测方法定子绕组电阻检测位置任务实施——驱动电机电阻检测知识讲解定子绕组电阻检测根据检测结果判断驱动电机定子绕组是否正常，可分为以下两种情况：①若维修手册中给出可供参考的标准值，则以标准值为判断依据；②若维修手册中没有明确给出标准值，一般采用不平衡度不超过5%为判断依据，即任意一相阻值与三相平均值间误差不超过5%。不平衡度计算公式如下：检测标准任务实施——驱动电机电阻检测知识讲解定子绕组电阻检测驱动电机接地点应有明显的接地标志。如无特定的接地点，应在有代表性的位置设置接地标志。驱动电机中能触及的可导电部分与外壳接地点处的电阻应不大于0.1Ω。检测时，首先将驱动电机与供电电源以及负载断开，然后将万用表检测端子分别连接至接地点和机壳，检测值应不大于0.1Ω。安全接地检查任务实施——驱动电机电阻检测知识讲解定子绕组电阻检测（1）驱动电机定子绕组对机壳的绝缘电阻驱动电机定子绕组对电机外壳的冷态绝缘电阻值应大于20MΩ。驱动电机定子绕组对机壳的热态绝缘电阻值应不低于按下列公式计算的值。绝缘电阻检测R——驱动电机定子绕组对机壳的热态绝缘电阻，单位为兆欧（MΩ）；Udmax——最高工作电压，单位为伏（V）；P——驱动电机的持续功率，单位为千瓦（kW）。任务实施——驱动电机电阻检测知识讲解定子绕组电阻检测（2）驱动电机定子绕组对温度传感器的绝缘电阻若驱动电机的温度传感器固定于定子绕组中，驱动电机定子绕组对温度传感器的冷态绝缘电阻值应大于20MΩ。驱动电机定子绕组对温度传感器的热态绝缘电阻值应不低于上述公式的计算值，若计算值小于0.38MΩ，则按0.38MΩ处理。绝缘电阻检测任务实施——驱动电机电阻检测知识讲解定子绕组电阻检测检测方法及注意事项常规测试时，如无其他规定，绝缘电阻仅在驱动电机实际冷状态下进行检测。使用绝缘表分别检测各绕组对机壳的绝缘电阻。使用绝缘表分别检测各绕组对温度传感器的绝缘电阻。不参加试验的其他绕组和埋置的温度传感器应与铁心或机壳作电气连接，机壳应接地。检测结束后，每个回路需对接地的机壳作电气连接使其放电。绝缘电阻检测技能操作操作准备任务实施——驱动电机电阻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、电驱动总成托举工具、环箍钳工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页驱动电机电阻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——驱动电机电阻检测知识讲解任务实施——驱动电机耐压性能测试驱动电机耐压性能测试驱动电机耐压性能测试包括绕组的匝间冲击耐电压、绕组对机壳的工频耐电压、绕组对温度传感器的工频耐电压。本任务主要测试驱动电机绕组对机壳的工频耐电压。测试内容知识讲解任务实施——驱动电机耐压性能测试驱动电机耐压性能测试（1）做好必要的高压安全防护工作，并确保驱动电机处于静止状态。（2）检测绕组对机壳的绝缘电阻，确定满足标准。（3）使用工频耐压仪，设置相关参数。电压施加于绕组和机壳之间，试验电压的频率为工频，电压波形应尽可能接近正弦波形。此时，不参加试验的其他绕组和埋置的温度传感器等应与铁心或机壳连接，机壳应接地。（4）按照表5-5规定的全值试验电压加载于驱动电机绕组和机壳之间。（5）记录测试过程中漏电流的大小。测试方法知识讲解任务实施——驱动电机耐压性能测试驱动电机耐压性能测试测试标准序号驱动电机或部件试验电压（有效值）1持续功率小于1kW且最高工作电压小于100V的驱动电机的电枢绕组500V+2倍最高工作电压2持续功率不低于1kW或最高工作电压不低于100V的驱动电机的电枢绕组1000V+2倍最高工作电压，最低为1500V3驱动电机的励磁磁场绕组1000V+2倍最高励磁电压，最低为1500V技能操作操作准备任务实施——驱动电机耐压性能测试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、减速器齿轮油、空调制冷剂、密封胶、电驱动总成吊装工具工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页安全第一操作规范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——驱动电机耐压性能测试绕组对机壳的工频耐电压测试知识讲解任务实施——驱动电机输入输出特性测试驱动电机输入输出特性驱动电机MAP图驱动电机外特性曲线知识讲解任务实施——驱动电机输入输出特性测试驱动电机输入输出特性测试方法

将驱动电机系统的直流母线电压分别设定在最高工作电压处和最低工作电压处，在不同工作电压下，测试在不同工作转速下的最大工作转矩，记录稳定的转速和转矩数值。

在驱动电机系统转速范围内的测量点数不少于10个，绘制转速－转矩特性曲线，检查转矩输出是否能符合产品技术文件的规定。转速－转矩特性测试知识讲解任务实施——驱动电机输入输出特性测试驱动电机输入输出特性（1）转速测试点选取

a）额定工作转速点；

b）最高工作转速点；

c）持续功率对应的最低工作转速点；

d）其他特殊定义的工作点等。转速－转矩特性测试知识讲解任务实施——驱动电机输入输出特性测试驱动电机输入输出特性（2）转矩测试点选取

a）持续转矩数值处的点；

b）峰值转矩（或最大转矩）数值处的点；

c）持续功率曲线上的点；

d）峰值功率（或最大功率）曲线上的点；

e）其他特殊定义的工作点等。转速－转矩特性测试知识讲解任务实施——驱动电机输入输出特性测试驱动电机输入输出特性（3）测量参数选取

a）驱动电机控制器直流母线电压和电流；

b）驱动电机的电压、电流、频率及电功率；

c）驱动电机的转矩、转速及机械功率；

d）驱动电机、驱动电机控制器或驱动电机系统的效率；

e）驱动电机电枢绕组的电阻和温度；

f）冷却介质的流量和温度；

g）其他特殊定义的测量参数等。转速－转矩特性测试知识讲解任务实施——驱动电机输入输出特性测试驱动电机输入输出特性驱动电机效率分为驱动电机系统电动状态时的效率和驱动电机系统馈电状态时的效率，其值应根据驱动电机输入功率和输出功率的比值确定。

电机效率测试

——驱动电机效率（%）；Pm0——驱动电机输出功率，单位为千瓦（kW）；Pmi——驱动电机输入功率，单位为千瓦（kW）。知识讲解任务实施——驱动电机输入输出特性测试驱动电机输入输出特性（1）持续转矩

关键特征参数测试

按照电机产品技术文件中规定的持续转矩和转速进行试验，驱动电机系统能够长时间正常工作，并且不超过驱动电机的绝缘等级和规定的温升限值。（2）持续功率

按照上述试验获得的持续转矩和相应的工作转速，计算驱动电机在相应工作点的持续功率。知识讲解任务实施——驱动电机输入输出特性测试驱动电机输入输出特性（3）峰值转矩

关键特征参数测试

试验时，使驱动电机系统工作于电机产品技术文件中规定数值的峰值转矩、转速和持续时间等条件下进行试验，驱动电机系统能够长时间正常工作，并且不超过驱动电机的绝缘等级和规定的温升限值。（4）峰值功率

按照上述试验获得的持续转矩和相应的工作转速，计算驱动电机在相应工作点的持续功率。知识讲解任务实施——驱动电机输入输出特性测试驱动电机输入输出特性（5）堵转转矩

关键特征参数测试①试验过程中，驱动电机控制器直流母线电压设定为额定电压。②试验时，将驱动电机转子堵住，驱动电机系统工作于实际冷状态下，通过驱动电机控制器为驱动电机施加所需的堵转转矩，记录堵转转矩和堵转时间。③改变驱动电机定子和转子的相对位置，沿圆周方向等分取5个堵转点，分别重复以上试验，每次重复试验前，将驱动电机恢复到实际冷状态。每次堵转试验的堵转时间应相同。④取5次测量结果中堵转转矩的最小值作为该驱动电机系统的堵转转矩。知识讲解任务实施——驱动电机输入输出特性测试驱动电机输入输出特性（6）最高工作转速

关键特征参数测试①试验过程中，驱动电机控制器直流母线电压设定为额定电压，驱动电机系统处于热工作状态。②试验时，匀速调节试验台架，使驱动电机的转速升至最高工作转速，并施加不低于产品技术文件规定的负载，驱动电机系统工作稳定后，在此状态下的持续工作时间应不少于3min。每30s记录一次驱动电机的输出转速和转矩。③在额定电压下，驱动电机带载运行所能达到的最高转速，应符合产品技术文件规定。知识讲解任务实施——驱动电机输入输出特性测试驱动电机输入输出特性（7）高效工作区

关键特征参数测试①在驱动电机系统转速转矩的工作范围内，选择测试点，测试点应分布均匀，数量不宜低于100个。②被试驱动电机系统应达到热工作状态，驱动电机控制器的直流母线工作电压为额定电压，驱动电机系统可以工作于电动或馈电状态。③在不同的转速和不同的转矩点进行试验，记录驱动电机轴端的转速、转矩，以及驱动电机控制器直流母线电压和电流、交流电压和电流等参数。④计算各个试验点的效率。⑤按照产品技术文件对高效工作区的要求，统计符合条件的测试点数量，其值和总的试验测试点数量的比值，即为高效工作区的比例。知识讲解任务实施——驱动电机输入输出特性测试驱动电机输入输出特性（8）最高效率

关键特征参数测试①按照以下两种方式之一选择测试点：a）按照产品技术文件提供的最高效率工作点进行测试；b）结合高效工作区的试验结果，选择所有测试点中效率最高值进行测试。②被试驱动电机系统应达到热工作状态，驱动电机控制器的直流母线工作电压为额定电压，驱动电机系统可以工作于电动或馈电状态。③驱动电机系统工作于试验测试点，记录转速、转矩和电压、电流，以及冷却条件等参数。④计算试验点的效率。技能操作操作准备任务实施——驱动电机输入输出特性测试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、减速器齿轮油、空调制冷剂、密封胶、电驱动总成吊装工具工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页转矩－转速特性测试安全第一操作规范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——驱动电机输入输出特性测试电机效率测试检查评估10分钟2）测试评估是否正确完成驱动电机绕组电阻检测作业是否正确完成驱动电机耐压性能测试是否正确完成驱动电机输入输出特性测试工具、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任务小结驱动电机及控制系统检修任务六电机控制器检测与更换任务导入场景：广汽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纯电动汽车在快速行驶中，无意间闯过一处路面破损严重的路段，在一阵剧烈颠簸后，驱动电机故障信号装置突然亮起，车主立即减速停靠路边，并联系最近的服务站。经维修技师初检后，判断为电机控制器内部故障，需要更换电机控制器。提出问题如何检测和更换电机控制器？任务目标教学内容电机控制器作用、安装位置电机控制器铭牌及主要性能参数识别电机控制器更换流程电机控制器工作原理与检测电机控制器功能测试任务目标能结合具体车型，规范完成电机控制器更换与匹配作业。能根据电机控制器工作原理，完成电机控制器数据读取与信号检测作业。能安装电机控制器各功能测试方法及标准，规范完成电机控制器功能测试作业。任务实施——电机控制器更换与匹配知识讲解电机控制器作用

电机控制器将动力蓄电池系统输出的直流电源逆变为驱动电机所需的大小和频率可调的交流电，从而使驱动电机输出的转速和转矩满足整车各种运行工况的需求，如启动、加速、爬坡、减速、倒车、制动及能量回收等。任务实施——电机控制器更换与匹配知识讲解电机控制器安装位置

电机控制器一般与驱动电机相邻安装或与驱动电机一体安装，常见的安装位置有车辆前机舱内、车辆后备箱下方等。任务实施——电机控制器更换与匹配知识讲解电机控制器连接结构

电机控制器与动力蓄电池系统之间通过高压母线相连；与驱动电机之间有低压线束、高压线束连接；与整车控制器之间有低压线束连接。任务实施——电机控制器更换与匹配知识讲解电机控制器铭牌

电机控制器铭牌主要包括制造厂商、型号、编号、名、主要参数（额定电压，最大输出电流，额定输出容量，冷却方式，重量）等信息。任务实施——电机控制器更换与匹配知识讲解电机控制器型号命名

电机控制器型号由驱动电机控制器类型代号、工作电压规格代号、信号反馈元件代号、工作电流规格代号、冷却方式代号、预留代号六部分组成。M——光电编码器；X——旋转变压器；H——霍尔元件；任务实施——电机控制器更换与匹配知识讲解电机控制器主要参数

电机控制器的主要参数包括尺寸、体积/重量、工作环境温度、额定电压（输入电压）、输出电流、控制方式、冷却方式等。序号项目参数单位1产品尺寸（长×宽×高）337×206×196mm2产品体积/重量约8.6/约9.8L/kg3产品工作环境温度-40~105℃4逆变器直流输入电流最大持续电流±190A5逆变器直流输入电压240~430V6逆变器输出相电流峰值400Armsfor10s@336V；持续：190Arms@Tcool_max=65℃，8L/minV7冷却液型号50%水+50%乙二醇-任务实施——电机控制器更换与匹配知识讲解电机控制器更换流程

①高压安全防护，包括环境安全防护和人身安全防护

②高压断电，关闭所有用电器、关闭启动开关→断开辅助蓄电池负极→拆卸高压维修开关

③排放冷却液；

④拆卸电机控制器，脱开冷却水管→断开低压线束→脱开高压线束（三相交流电源和直流母线）→拆卸固定螺栓→移出电机控制器拆卸任务实施——电机控制器更换与匹配知识讲解电机控制器更换流程

①电机控制器型号应与原车一致；

②表面不应有锈蚀、碰伤、划痕，涂覆层不应有剥落；

③紧固件连接应牢固，引出线或接线端应完整无损，颜色和标志应正确；

④铭牌的字迹和内容应清晰无误，且不应脱离。检查安装电机控制器安装大体以拆卸的倒序进行，同时需注意下列事项：

①各管路连接完成后，按照规定加注冷却液；

②更换电机控制器后需要进行匹配。任务实施——电机控制器更换与匹配知识讲解电机控制器更换流程电机控制器的匹配步骤如下：

①关闭启动开关；

②连接车辆诊断仪；

③将启动开关置于“ON”挡；

④使用诊断仪读取故障码，确认整车无故障码；

⑤使用诊断仪读取数据流，确认辅助蓄电池电压在正常范围内，动力蓄电池电压在正常范围内；

⑥进入诊断仪匹配界面，根据提示进行匹配操作。匹配技能操作操作准备任务实施——电机控制器更换与匹配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、电驱动总成托举工具、环箍钳工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页电机控制器更换与匹配安全第一操作规范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——电机控制器更换与匹配知识讲解任务实施——电机控制器检测电机控制器信号采集电机控制器在工作中对所有的输入信号进行处理，并将驱动电机控制系统运行状态的信息通过CAN网络发送给整车控制器。序号采集信号信号功能信号来源1转子位置信号电机控制器需根据转子的不同位置输出对应方向、大小的电流，用以控制驱动电机的转速及方向旋转变压器2电机温度信号电机控制器通过温度信号，可判断驱动电机是否处于合理工作温度，实现过温保护功能温度传感器3输入、输出电流信号电机控制器通过输入、输出电流信号，可判断两侧电流是否符合正常工作范围，实现过流保护功能电流传感器4输入、输出电压信号电机控制器通过输入、输出电压信号，可判断两侧电压是否符合正常工作范围，实现过压保护功能电压传感器知识讲解任务实施——电机控制器检测电机控制器工作原理

电机控制器对所有的输入信号进行处理，根据位置传感器检测到转子位置信号，经处理后得到电机实际转速信号；根据挡位、加速、制动踏板等信号，处理后得到电机的需求转速；并通过矢量控制，得到PWM发生器的输入信号，通过驱动电路产生控制逆变器功率元件（IGBT）导通和断开的控制信号，输入给逆变器，从而控制车辆的启动运行、行驶速度、刹车等行驶状态知识讲解任务实施——电机控制器检测电机控制器检测连接诊断仪，读取电机控制器相关数据，主要包括输入电压（母线电压）、输入电流（母线电流）、输出电压、输出电流，判断电机控制器的输入输出信号是否正常。检测电机控制器电源信号是否正常，包括供电（保险及线束）、搭铁信号。检测电机控制器的控制信号是否正常，包括电机继电器、电机唤醒线等信号。检测电机控制器通讯信号（CAN信号）是否正常。技能操作操作准备任务实施——电机控制器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、减速器齿轮油、空调制冷剂、密封胶、电驱动总成吊装工具工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页读取电机控制器数据安全第一操作规范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——电机控制器检测电机控制器信号检测知识讲解任务实施——电机控制器功能测试绝缘检测检测内容及标准

电机控制器动力端子与外壳、信号端子与外壳、动力端子与信号端子之间的绝缘电阻应不小于1MΩ。检

测

方

法①断开电机控制器的高压与低压连接线束；②测量电机控制器动力端子与外壳、控制器信号端子与外壳、控制器动力端子与控制器信号端子之间的绝缘电阻。任务实施——电机控制器功能测试知识讲解工频耐电压测试测试标准序号最高工作电压试验电压（有效值）1U≤60V500V260V＜U≤125V1000V3125V＜U≤250V1500V4250V＜U≤500V2000V5U＞500V1000V+2×U任务实施——电机控制器功能测试知识讲解控制精度测试①将电机控制器直流母线电压设定为额定电压，确保驱动电机处于空载、热态、电动工作状态。②在10%~90%最高工作转速范围内，均匀取10个不同的转速点作为目标值。③对每一个转速目标值均进行以上试验，选取转速控制精度中的误差最大值，作为驱动电机系统的转速控制精度。转速控制精度任务实施——电机控制器功能测试知识讲解控制精度测试①将电机控制器直流母线电压设定为额定电压，确保驱动电机处于热态、电动工作状态。②在设定转速条件下的10%~90%峰值转矩范围内，均匀取10个不同的转矩点作为目标值。③对每一个转矩目标值均进行以上试验，选取转矩控制精度中的误差最大值，即为特定转速条件下驱动电机系统的转矩控制精度。转矩控制精度任务实施——电机控制器功能测试知识讲解响应时间测试①将电机控制器直流母线电压设定为额定电压，确保驱动电机处于空载、热态、电动工作状态。②按照转速期望值设定电机控制器或上位机软件，驱动电机由静止状态直接旋转