纯电动汽车构造与检修-项目三 驱动电机及控制系统检修

纯电动汽车构造与检修03项目三

驱动电机及控制系统检修任务一驱动电机检修任务描述

主要重点掌握驱动电机构造，驱动电机的拆装以及了解按照驱动电机系统的工作原理和控制策略，对后续的检修工作打下基础。学习目标理论知识

如果说发动机是传统内燃机的心脏，驱动电机就是纯电动汽车的心脏。它同发动机的功能一样，担负着纯电动汽车的驱动功能，驱动电机性能的好坏直接影响纯电动汽车性能的高低。一、驱动电机系统的组成及工作原理（一）直流电动机直流电动机是指通入直流电流而产生机械运动的电动机（见图3-1和图3-2）。1.直流电动机的结构

直流电动机的结构形式很多，但总体上不外乎由定子（静止部分）和转子（运动部分）组成（见图3-2）。2.直流电动机的工作原理

通电导线在磁场中会受到磁场力的作用，由左手定则（见图3-11），把左手放入磁场中，让磁力线垂直穿入手心，磁力线从N极出发进入S极，四指指向电流所指方向，则大拇指的方向就是导体受力的方向。

电源的直流电加于电刷A（正极）和B（负极）上，则线圈abcd中流过电流：在导体ab中，电流由a指向b；在导体cd中，电流由c指向d。用左手定则可知导体ab所受到的磁场力从右向左，导体cd所受到的磁场力从左向右，这样形成的转矩M为逆时针方向。在该转矩作用下电枢将逆时针方向旋转，如图3-12a所示。当电枢转过了180°，直流电仍由电刷A流入、从电刷B流出，电流在电枢内的流向改变为d到c、b到a，由左手定则可知导体cd所受到的磁场力从右向左，ab所受磁场力从左向右，转矩M方向仍为逆时针，则可保持电枢持续逆时针动，如图3-12b所示。3.直流电动机的励磁方式

按励磁方式不同，直流电动机可分为他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电动机4种类型。图3-13至图3-17中，Ia为电枢电流，Ea为电枢反电势，Ff为他励和并励方式下的励磁电流，Fs为串励和复励方式下的励磁电流。(1)他励直流电动机他励直流电动机的电枢和励磁绕组由两个独立的直流电源供电（见图3-13）。(2)并励直流电动机并励直流电动机的电枢和励磁绕组并联后由一个独立的直流电源供电（见图3-14）。(3)串励直流电动机串励直流电动机的电枢和励磁绕组串联后由一个独立的直流电源供电（见图3-15）。(4)复励直流电动机复励电动机有两个绕组，一个并励绕组，一个串励绕组，并励绕组和电枢并联，和串励绕组串联后由一个独立的直流电源供电。若两绕组产生的磁通势方向相同，称为积复励；若相反，称为差复励（见图3-16和图3-17）。（二）交流异步电动机在交流异步电动机中，分为单相和三相，应用最广泛的当属三相交流异步电动机。交流异步电动机的性能特点有：小型轻量化；易实现转速超过10000r/min的高速旋转；高速低转矩时运转效率高；低速时有高转矩，以及有宽泛的速度控制范围；高可靠性；制造成本低；控制装置简单。1.三相交流异步电动机的结构三相交流异步电动机的结构如图3-18所示。2.工作原理1)当三相异步电动机接到三相电源上时，定子绕组就会产生旋转磁场，转子绕组在旋转磁场的作用下，产生感应电动势或感应电流。转子电流反过来又受到磁场的电磁力作用，根据左手定则能判断出，由电磁力所导致的电磁转矩促使转子沿旋转磁场的转向，以转速n2旋转。2)转子转速n2永远小于旋转磁场转速（同步转速)n1，也就是说，转子转速np总是与同步转速n2保持一定转速率，即保持异步关系，所以把这类电动机称为异步电动机。另外，平时所讲的电动机转速就是转子转速。（三）永磁电动机

永磁电动机主要可分为永磁有刷直流电动机、永磁无刷直流电动机、永磁同步交流电动机和永磁混合式电动机四种。其中在电动汽车上的应用以永磁无刷直流电动机和永磁同步交流电动机为主。1.永磁无刷直流电动机2.永磁同步交流电动机

永磁同步电动机（PermanentMagnetSynchrounousMotor，PMSM）具有体积小、效率高、功率因数高、起动力矩大、力能指标好、温升低等特点，已经成为电动汽车驱动系统的主流电机之一（见图3-28）。（四）开关磁阻电动机

开关磁阻电动机（SwitchedReluctanceMotor，SRM）是近些年发展的新型调速电机（见图3-33），结构简单、调速范围宽且性能好，现已广泛用在仪器仪表、家电、电动汽车等领域。1.开关磁阻电动机的结构

开关磁阻电动机由双凸极的定子和转子组成，其定子、转子的凸极均由普通的硅钢片叠压而成（见图3-34）。2.开关磁阻电动机的工作原理

开关磁阻电动机依据磁路磁阻最小原理（或磁通最大原理）使转子转动，产生电磁转矩。如图3-35所示，定子有A、B、C、D四对凸极，转子有1、2、3三对凸极，当电子开关S1、S2闭合，使A、A′定子绕组通电励磁时，通过转子形成闭合磁路，但电动机定子铁心与磁场的轴线不重合，于是转子就会受到弯曲磁力线切向分力的作用而转动，直到转子1、1′凸极轴线转至与定子A、A′凸极轴线重合的位置（闭合磁路的磁阻最小）。图3-36所示为相电感、转矩与转子位置的变化关系。3.开关磁阻电动机的性能特点1）调速范围宽、控制灵活；2）制造和维护方便；3）运转效率高；4）可四象限运行，具有较强的再生制动能力；5）结构简单、成本低、制造工艺简单；6）转矩方向与电流方向无关；7）损耗小；8）可控参数多、调速性能好；9）适于频繁起动、停止以及正反转运行。三、驱动电机系统控制策略（一）驱动电机系统驱动模式

整车控制器根据车辆运行时的车速、档位、动力蓄电池SOC值来决定电机的输出转矩/功率。当电机控制器从整车控制器处得到转矩输出命令时，将动力蓄电池提供的直流电转化成三相交流电，驱动电机输出转矩，通过机械传输来驱动车辆，图3-37所示为驱动电机系统驱动模式示意图。（二）驱动电机系统发电模式

当车辆在滑行或制动时，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，此时电机会将车子动能转化成电能。然后，三相正弦交流电通过电机控制器转化为直流电，存储到动力蓄电池中，图3-38所示为驱动电机系统发电模式示意图。四、驱动电机系统检修（旋变故障案例）（一）旋转变压器的简介

旋转变压器安装在驱动电机上，是一种电磁式传感器，又称为同步分解器，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度。在电动汽车上，使用旋转变压器作为测量驱动电机转速的元件，并将测得的转速信号传递给电机控制器。1.旋转变压器的工作原理

2.旋转变压器的结构

旋转变压器有多种形式，应用于电动汽车电机上的旋转变压器在结构上分为线圈和信号齿圈两部分。其中，传感器线圈固定在壳体上，也就是定子上，信号齿圈固定在转子上。传感器线圈由励磁、正弦和余弦三组线圈组成。（二）旋转变压器故障排除

在电机与控制器低压线束连接正确的前提条件下，如果出现旋转变压器故障，一般分为两种情况：一是旋转变压器本身故障，二是控制器旋变解码电路故障。但是无论上述两种故障哪一种出现，都会导致电机系统无法起动或转矩输出偏小等现象。若上述情况出现，首先检查电机旋转变压器是否损坏。检查电机控制器与电机连接低压线束无退针与虚接现象，检查电机控制器低压控制插件12V供电是否正常，检查步骤如下：1.检查电路的通断2.检查励磁绕组的电压3.检查线圈的电阻值

（三）2018款比亚迪秦PRO-DMBSG电机维修案例1.故障现象

一辆2018款比亚迪秦PRO-DM混动车，搭载BYD476ZQA型发动机，行驶里程为1200km。车主反映，该车无法使用BSG电机起动发动机，只能用普通起动电机起动车辆。2.故障诊断与排除连接专用诊断仪，在BSG系统中读取到4个故障码(图3-40)：P180396-BSG缺A相(当前故障)；P180496-GSG缺B相(当前故障)；P180596-BSG缺C相(当前故障)；P180F19-硬件过流(历史故障)。前3个故障码无法删除。五、驱动电机系统其他常见故障及维修

在排除驱动电机系统的故障时，可以使用诊断仪检查故障码，再根据故障码的提示，来分析故障产生的原因并进行电路和电气元件的检查。驱动电机系统常见故障及解决方法见表3-1。1.电动汽车故障维修方法与技巧包括保障维修方法、故障诊断方法、故障维修技巧、电路故障诊断与检修注意事项等内容。2.故障维修方法包括直观检测法与现代仪器设备检测法。3.特别注意在进行维修拆装工作时需要做到使用专用工具，佩戴好劳保用品，工作细心，螺钉归位，时刻注意安全操作。学习小结通过自主学习及查阅相关资料，完成下列题目：1.

是车辆的核心装置，是将电能转换为机械能的装置。2.电力驱动控制系统可分为

、

和

。知识巩固任务二驱动电机控制系统常见故障与检修任务描述

电机控制器是驱动电机系统的控制中心，本任务点需重点对电机控制器的结构及类型进行学习，了解电机控制器的功能。另外还应对变频器有一定认知。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。在汽车上根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等。学习目标理论知识一、电机控制器的结构与控制策略

电动机控制器是驱动电动机系统的控制中心，又称智能功率模块，以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块为核心，辅以驱动集成电路和主控集成电路。通过把微电子器件和功率器件集成到同一芯片上，形成了智能功率模块。对所有的输入信号进行处理，并将驱动电动机控制系统运行状态的信息通CAN2.0网络发送给整车控制器。驱动电动机控制器内含故障诊断电路，当诊断出异常时，它将会激活一个错误代码，发送给整车控制器，同时也会存储该故障码和数据。电动机控制器是使用电流传感器、电压传感器和温度传感器来提供驱动电动机系统的工作信息的。（一）传感器1.电流传感器

用以检测电动机工作的实际电流（包括母线电流、三相交流电流)。2.电压传感器

用以检测供给电动机控制器工作的实际电压(包括动力蓄电池电压、12V蓄电池电压)。3.温度传感器

用以检测电动机控制系统的工作温度（包括IGBT模块温度、电动机控制器板载温度)。（二）结构与分类1.电动机控制器结构2.电动机控制器的类型

电动机控制器根据驱动电动机的不同，分为直流电动机控制器、交流电动机控制器和开关磁阻电动机控制器三大类。3.电动机控制器的功能4.变频器

(1)功能

（2）基本结构模型（3）变频器的种类：1）按主要功率电路分。2）按开关方式分。3）按工作原理分。4）按用途分。（三）驱动电机控制策略

根据电动汽车的PRND四个档位以及加速踏板和制动踏板信号的不同组合，将电动汽车的运动状态分为五种运行模式，分别是起车模式、正常驱动模式、失效保护模式、制动能量回馈模式和空档模式。整车控制器采集钥匙信号、加速踏板、制动踏板、档位信号和其他传感器信号，然后提取出有效值，整车控制策略通过对这些有效值判断、计算，取相应的驱动模式，然后向电机控制器发送整车期望转矩指令。1.起车模式

起车模式是指车辆已经起动，档位挂在驱动档，加速踏板开度为零的运行模式。此时整车控制器发送给电机控制器的转矩指令为起车小转矩。该转矩的主要功能是：如果在平直路面上行驶，可以使车辆保持一个恒定起车速度前行，如果在坡道上，则防止起车时车辆倒溜。在起车模式下，车辆最终以恒定速度行驶，并且车速有一个最大值，若车速超过这个值，则电机停止转矩的输出。2.正常驱动模式（见图3-55）

正常驱动模式是指车辆处于驱动使能状态下，整车动力系统能够无故障运行，保障车辆正常行驶。此时整车控制器根据加速踏板开度、车速和电池SOC值来确定发送给电机控制器的转矩指令，当电机控制器从整车控制器得到转矩输出的指令时，将动力蓄电池提供的直流电，转化成三相交流电，驱动电机输出转矩，通过机械传输来驱动车辆。正常驱动模式下有一个最大行驶车速。3.制动能量回馈模式（见图3-56）

制动能量回馈模式也称为发电模式，在此模式下，若车辆在运行时制动信号有效，并且车速大于一定值，则对车辆的动能进行回收。由于电机既可以作电动机，又可以作发电机，根据电机的这一特点，电动汽车除具备传统燃油汽车制动系统的基本功能外，制动时调整载荷分配比例系数，在电机控制器从整车控制器得到发电指令后，使电机处于发电状态。此时电机输出制动转矩，有效地吸收车辆制动时的动量，电机将车辆的动能转化为电能，然后三相正弦交流电通过电机控制器转化为直流电，产生的电能给动力蓄电池充电，增加能量的利用率，故电动汽车具有制动能量回馈的功能。

4.空档模式

空档模式是指档位信号在N位时，整车控制器发送给电机控制器的转矩指令为0，电机处于自由状态，电机随着驱动轮转动。传统的燃油汽车由于发动机不能带负载起动，在塞车或等候交通绿灯时，需要让发动机怠速转动。这部分燃油是不做功的，降低了整车的能量利用率，同时怠速时，燃油燃烧不充分，还造成了比较大的环境污染，而电动汽车就不存在这方面的缺点。

5.失效保护模式

失效保护模式是指整车动力系统出现非严重的故障时，车辆还可以继续行驶而不需要紧急停车。整车控制器根据故障等级，对需求转矩进行限制，输出转矩维持车辆慢行到附近维修站。

起车模式和正常驱动模式属于电机输出的转矩为驱动力矩，制动能量回馈模式属于电机输出的转矩为制动力矩，空档模式时电机不输出转矩，失效