新能源汽车构造 课件 3-2 拆装驱动电机控制器

《新能源汽车构造》任务二拆装驱动电机控制器能力模块三掌握驱动系统构造与拆装方法和汽车新时代的领导者一起成长目录CONTENTS2电机控制系统组成及部件介绍1电机控制器认识情境导入电机控制器是电驱动系统的控制中心，2020款比亚迪秦EV采用了一套“三合一”电驱动系统，该“三合一”电驱动系统由驱动电机、驱动电机控制器以及变速器三者集成，你能否阐述秦EV车型的电机控制器的结构和其在实车上的位置?01电机控制器认识驱动电机控制器是一种用于控制动力电池与驱动电机之间能量传输的装置。其为动力电池和电机之间的能量转换单元，是电驱动系统的控制中心，又称智能功率模块。驱动电机控制器主要组成包括智能功率(IPM)模块、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块、信号数据采集模块、关联电路等硬件，以及电机控制算法与逻辑保护等软件部分。定义组成电机控制器认识（一）定义及组成也称绝缘栅双极型晶体管，是一种由MOS(绝缘栅型场效应管)和BJT(双极型三极管)组合成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，被认为是电动汽车的核心技术之一。是指智能功率模块，把功率开关器件(IGBT)和驱动电路集成在一起，而且内有过电压、过电流和过温等故障检测电路，并可将检测信号送到驱动电机控制器的信号数据采集模块。IGBTIPM电机控制器认识（一）定义及组成具有采集扭矩请求、旋变等信号，控制电机正向、反向驱动以及正、反转发电的功能；具有高压输出电压和电流控制限制的功能；具有电压跌落保护、过流保护、过温保护、IPM过温保护、IGBT过温保护、功率限制、扭矩控制限制等功能；具有能量回馈控制、主动泄放、被动泄放控制的功能。电机控制器认识（二）功能（三）工作原理旋转变压器检测转子位置并判断其状态，接通电机控制器内相应的IGBT，此时高压直流电经电机控制器内的IGBT进行逆变后流入定子绕组线圈，通电产生旋转的磁场(电转磁-电感)，利用右手法则判定磁极，同性相斥，异性相吸使转子的磁铁随之转动。W三极管导通，V三极管PWM控制电流的大小和频率，实现电机的调速。其控制原理如图所示。电机控制器认识（三）工作原理当车辆在减速或滑行时，驱动电机会根据磁场旋转的方法切割导线，将汽车的部分动能转化为电能，进行能量回收。旋转磁场是转子，被切割的导线是定子绕组。转子旋转（机械能转换成磁能）产生磁场，定子绕组线圈（磁能转成电能-电磁感应）产生电能；每转动180度产生的电压方向（极性）改变一次（进去低电位，出来高电位），从而产生交流方波电。最后经过电机控制器内的IGBT上的二极管整流变成直流电输出给动力电池包充电。电机控制器认识注意：当EV车型电池组的SOC>95%或PHEV车型SOC>90%时，能量回收的电能不会给动力电池充电。当动力电池有故障时，能量回收的电能不会给动力电池充电。02电机控制系统组成及部件介绍电机控制系统组成及部件介绍（一）结构组成秦EV的驱动电机控制系统，也称前驱电动总成或三合一驱动系统，主要由驱动电机控制器(Motor

ControlUnit，MCU)、驱动电机、单档变速器组成，如图所示。秦EV的前驱电动总成位于前舱中部，在充配电总成的下方，如上图（左）所示。充配电总成位置如上图（右）所示。电机控制系统组成及部件介绍（二）安装位置电机控制系统组成及部件介绍（三）集成方案如下图所示，目前新能源汽车动力总成有多重集成方式，从最初的“二合一”(电机+减速器)到“三合一”(电机+电机控制器+减速器)发展成目前最多的“八合一”(电机+减速器+微控制单元(MCU)+逆变器+电机控制单元(VCU)+车载充电器(OBC)+DC/DC电源转换器+电源分配单元(PDU))。

二合一动力总成

三合一动力总成

八合一动力总成总成体积缩小，系统总质量降低，一定程度上也降低了汽车能耗、提升了续航里程；采用集成化动力总成系统的机舱更加简洁，汽车各系统布局更加灵活，乘坐及储物空间能够被最大化地利用。通过集成化设计，动力总成系统能够降低接口复杂度及成本。集成度高的动力总成系统具备的优势主要有:电机控制系统组成及部件介绍（三）集成方案总成系统导致各组件与空气接触面积减少，为保证各组件处于正常工作温度区间，整个散热系统需要重新设计优化。同时，噪声振动(NVH)、电磁兼容测试(EMC)、安全等性能指标的控制，以及零组件开发协同都是目前整车厂和供应商需要重点攻克的难题。在后期用车方面，动力总成的集成化可能对消费者产生不良影响。一定程度上，动力总成的集成化会导致各组件的可靠性降低，各组件的质量控制尤为重要；当某个零组件出现问题，需要维修或者更换总成，会导致维修时间和成本的增加。高集成度也带来了一些难题，例如:电机控制系统组成及部件介绍（三）集成方案电机控制系统组成及部件介绍（三）集成方案在“三合一”总成集成方案中，本着“高品质、高电压、高集成、高转速、高性能、低成本”的开发理念，前驱电动总成由驱动电机控制器、驱动电机、单档变速器组成。比亚迪驱动三合一集成方案如下表所示。集成内容示图集成目的电机、电控端子直连，取消三相线

降低成本电机控制系统组成及部件介绍（三）集成方案接上一页表格：电机、电控水道直连，取消水管

降低成本电机转子轴和减速器输入轴共用

提高同轴度，减少噪音电机壳体和减速器壳体共用

降低成本，提高同轴度，提高装配精度（四）电机控制器比亚迪前驱电动总成控制器采用了三组分立的IGBT模块，夹在冷却水道与驱动板之间，依靠上方的驱动板来驱动。如图所示，驱动板通过一个变压器来实现高压侧和低压侧的隔离，采用六片独立的驱动芯片，对每一个IGBT的上管和下管进行驱动。电机控制系统组成及部件介绍（四）电机控制器如图所示，电机控制器将动力电池输出的高压直流电通过3组IGBT后逆变成三相可调电压、可变频率的交流电供驱动申机使用。电机控制系统组成及部件介绍（四）电机控制器电机控制系统组成及部件介绍驱动电机的旋变线圈的信号直接通过硬线信号传输到电机控制器，电机控制器通过转码后输出电机转速。前驱电动总成中的电机控制器上有一块主控制板，如图所示。主控板的电路架构上使用了一片