新能源汽车构造 课件 能力模块三 掌握驱动系统构造与拆装方法

《新能源汽车构造》任务一拆装驱动电机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驱动电机的分类1驱动电机的结构情境导入新能源汽车的电驱动系统由驱动电机、电机控制器、电池和齿轮传动系统等部分构成。其中，驱动电机为新能源汽车驱动系统最主要的部分，其性能的优劣关系到新能源汽车的车辆的速度、续航能力等性能。接下来我们将学习几种常见的驱动电机的结构，并了解电机的性能指标。01驱动电机的结构驱动电机及其控制系统是新能源汽车动力总成系统的核心组件，用于实现电能与机械能的相互转换，简称驱动电机系统，它主要包括驱动电机和电机控制器。从应用角度看，驱动电机系统与变速器、减速器等耦合形成了电驱动系统，电驱动系统已成为发展的主流。驱动电机的结构驱动电机的结构驱动电机爆炸图变频驱动永磁同步电机电机是将电能转换成机械能或将机械能转换成电能的装置，它具有能做相对运动的组件，是一种依靠电磁感应而运行的电气装置。将电能转换成机械能的电机称为电动机；将机械能转换成电能的电机称为发电机；为电动车辆行驶提供驱动力的电动机称为驱动电机，驱动电机既是电动机，也是发电机。电机电动机和发电机驱动电机的结构02驱动电机的分类驱动电机的分类（一）直流电机直流电机就是将直流电能转换成机械能的电机，也称为永磁直流电机。如图所示为永磁直流电机外观。直流电机主要包括风扇、机座、电枢、主磁极、刷架、换向器、接线板、出线盒、换向磁极、端盖，如图所示。其中静止部分称为定子，由机座、主磁极、电刷装置、励磁绕组、端盖等；转动部分称为电枢或转子，主要包括铁芯、绕组、换向器、电枢轴等。驱动电机的分类（一）直流电机1—风扇；2—机座；3—电枢；4—主磁极；5—刷架；6—换向器；7—接线板；8—出线盒；9—换向磁极；10—端盖。驱动电机的分类（二）三相异步电机三相异步电机又称交流感应电机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现将电能量转换为机械能量的一种交流电机。如图所示为油浸式滚简用三相异步电机。驱动电机的分类（二）三相异步电机定子是用来产生旋转磁场的，三相交流异步感应电动机的定子由外壳、定子铁芯、定子绕组等部分组成。转子分为绕线形和笼形两种，对应的电动机分别叫作绕线异步感应电动机与笼形异步感应电动机。另外，还有端盖、轴承、风扇、风扇罩、接线盒、吊环等其他附件。定子转子以常见的三相异步电机为例，各类三相异步电动机都由定子和转子这两大基本部分组成。如图为三相异步电动机的结构驱动电机的分类1—端盖；2—接线盒；3—定子绕组；4—定子铁芯；5—转轴；6—转子；7—罩壳；8—机座。（二）三相异步电机驱动电机的分类（三）永磁同步电机永磁同步电机是指转子采用永磁材料励磁的同步电机，是国内新能源汽车主要应用的电机。永磁同步电机定子绕组的主要电气参数、绕组形式和绕线式三相同步电动机的定子绕组一样，通入交流电源即产生旋转磁场，如图所示为永磁同步电机定子的电气结构原理。（a）结构图

（b）原理图永磁同步电机转子使用径向永久磁铁作磁极，如图所示。在旋转磁场的作用下，转子将随着旋转磁场同步旋转，旋转磁场的速度取决于电源频率。驱动电机的分类（三）永磁同步电机(a)永久磁铁

（b）笼型绕组驱动电机的分类开关磁阻电机是采用定转子凸极且极数相接近的大步距磁阻式步进电机的结构，利用转子位置传感器通过电子功率开关控制各相绕组导通使之运行的电机。开关磁阻电机(SRM)是一种典型的机电一体化电机，又称开关磁阻电机驱动系统(SRD)，这种电机主要包括开关磁阻电机本体、电力电子功率变流器、转子位置传感器及控制器四部分。（四）开关磁阻电机如图所示为开关磁阻电动机的构成。驱动电机的分类（四）开关磁阻电机开关磁阻电机本体采用定子、转子双凸极结构，单边励磁，即只有定子凸极采用集中绕组励磁，而转子凸极上既无绕组，也无永磁体；定子、转子都由硅钢片叠压而成，定子绕组径向相对的极串联，构成一相，其结构原理如图所示。驱动电机的分类（四）开关磁阻电机如图所示，开关磁阻电机的定子和转子相数不同，有多种组合方式，最常见的有三相6/4极结构、三相6/8极结构及三相12/8极结构。驱动电机的分类（四）开关磁阻电机（a）三相6/4极

（b）三相6/8极

（c）三相12/8极《新能源汽车构造》谢谢观看能力模块三

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《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DSP控制芯片以及一片FPGA芯片。FPGA芯片反应速度快，在车辆发生故障时，比如：电机出现绝缘不良导致电流过大，电机控制器能够及时切断高压，对驱动电机和控制器进行保护。《新能源汽车构造》谢谢观看能力模块三

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《新能源汽车构造》任务三认知电机驱动系统工作原理与结构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CONTENTS3秦EV电驱动系统结构认知1电驱动系统的结构2电驱动系统的技术要求情境导入我们已经初步了解了电驱动系统中的主要部分一一电机与控制中心一一电机控制器，在秦EV实车上，驱动电机、驱动电机控制器以及变速器都集成在前驱电动总成上，你是否了解秦EV的前驱电动总成的结构与拆装前驱电动总成时的注意事项？01电驱动系统的结构新能源汽车电驱动系统是新能源汽车的“心脏”和“肌肉”，作用相当于传统汽车的发动机和减速箱。通常电力驱动系统主要包括电动机、电动机控制器及传动机构。电机驱动方式可分为电动机中央驱动和电动轮驱动两种形式。电驱动系统的结构（一）电驱动系统结构由电动机、固定速比减速器和差速器等构成的电动机中央驱动系统，这种驱动系统中，由于没有离合器和变速器，因此可以减少机械传动装置的体积和质量。另一种电动机中央驱动系统，它与前轮驱动横向牵制发动机的传统汽车的布置形式相似，将电动机、固定速比减速器和差速器集成一体，两根半轴连接两个驱动车轮，这种布置形式在小型电动汽车上应用最为普遍。电驱动系统的结构（一）电驱动系统结构1.电动机中央驱动电动机和固定速比的行星齿轮减速器暗转在车轮里面，没有传动轴和差速器，从而简化了传动系统。但是电动轮驱动方式需要两个或四个电动机，其控制电路也比较复杂，这种驱动方式在中兴电动汽车上有较广泛的应用。电驱动系统的结构（一）电驱动系统结构2.电动轮驱动在新能源汽车和燃料电池汽车上，电驱动系统作为车辆唯一的驱动力来源，提供了车辆行驶全部的驱动力，保证车辆的行驶动力性、平顺性等性能，其作用相当于传统汽车的发动机。但是，由于电驱动系统能够工作在回馈制动状态，所以该系统还具备了传统发动机无法实现的能量回馈功能，即电驱动系统在车辆制动时，能够将车辆的动能通过驱动系统的发电特性转换为电能存储到车载电源系统中。新能源汽车电驱动系统主要由动力输出的驱动电机、电能变换的功率变换器以及实现控制算法的控制系统构成。电驱动系统的结构（二）电机驱动控制策略如图所示中间部分的实框内展示了一种常见的电驱动系统构成。电驱动系统的结构（二）电机驱动控制策略如上图所示，其中：驱动电机接受来自功率变换器的不同电压、不同频率的电能，通过电磁场作用将电能转换为机械能输出，从而推动车辆运动或者停止；功率变换器负责将车载直流电能转换为不同的直流电能或者不同频率的交流电能，为驱动电机提供适合的电能；控制系统则接受整车行驶需求，进行控制算法和适合整车行驶需求的策略计算，为功率变换器提供合适的控制规则，实现恰当的逻辑和策略。电驱动系统的结构（二）电机驱动控制策略02电驱动系统的技术要求高转矩密度和高功率密度，减少整车的输出恒定转矩，以适应快速启动、加速、负载爬坡要求。高速时，能输出恒定功率，可有较高功率输出。能够在逆变器容量不变的情况下，有较强的弱磁调速能力，是基速的3~4倍。在整个速度范围区域都有较高的效率。有一定的过载能力，在短的时间内，可输出两倍的额定转矩。