《任务二-纯电动汽车电机驱动系统》ppt课件

新能源汽车维护与保养 新能源汽车 维护与保养 1 纯电动汽车电机驱动系统电机驱动系统中央控制单元驱动控制器电动机机械传动装置 纯电动汽车电机驱动系统电机驱动系2 纯电动汽车电机驱动系统电机驱动系统的功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为将车轮的动能转化为电能充入蓄电池电能充入蓄电池。纯电动汽车电机驱动系统3 一、一、中央中央控制单元控制单元中央控制单元不仅是电机驱动系统的控制电机驱动系统的控制中心中心，也要对整辆纯电动汽车的控制起到对整辆纯电动汽车的控制起到协调作用协调作用。它根据加速踏板与制动踏板的输入信号，向驱动控制器发出相应的控制指令，对电动机进行起动、加速、降速、制动控制。一、中央控制单元4 在纯电动汽车降速和下坡滑行时，中央控制器配合车载电源模块的能源管理系统进行发电回馈发电回馈，使蓄电池反向充电反向充电。对于与汽车行驶状况有关的速度、功率、电压、电流及有关故障诊断等信息还需传输到辅助模块的驾驶室显示操纵台进传输到辅助模块的驾驶室显示操纵台进行相应的数字或模拟显示行相应的数字或模拟显示，也可采用液晶屏幕显示来提高其信息量。在纯电动5 另外，如驱动采用轮毂电动机分散驱动轮毂电动机分散驱动方式，当汽车转弯时，中央控制器也需与辅助模块的动力的硬件连线，提高可靠性，现代汽车控制系统已较多地采用了计算机多计算机多CPU总线控制总线控制方式，特别是对于采用轮毂电动机进行对于采用轮毂电动机进行4WD前后前后四轮驱动控制的模式四轮驱动控制的模式，更需要运用总线控制技术来简化纯电动汽车内部线路的布局，提高其可靠性，也便于故障诊断和维修，并且采用该模块化结构，一旦技术成熟其成本也将随批量的增加而大幅下降。另外，如6二、驱动电机控制器驱动电机控制系统主要是由高压配电器高压配电器、驱驱动电机控制器动电机控制器、驱动电机驱动电机及相关的传感器相关的传感器组成，其位置如图所示，该系统核心为驱动电机控制器。二、驱动电机控制器驱动电机控制系统主要是由高压配电器、驱动电7 电机控制系统使用了如下传感器来提供电机的工作信息。检测电机工作的实际电流包括母线电流、三相交流电检测供给电机控制器工作的实际电压包括高压电池电压、蓄电池电压电流传感器检测电机控制系统的工作温度包括模块温度、电机控制器温度电压传感器温度传感器 电机控制8 如图所示，驱动电机控制器接受档位开关信号、油门深度、脚刹深度、旋变等信号，经过一系列的逻辑处理和判断，计算出所需占空比，产生PWM（正弦脉宽调制信号），通过驱动板驱动板传递给IGBT模块模块将直流电转换为交流电直流电转换为交流电，来控制电机的前进、倒退、维持电动的正常运转。驱动电机控制器键零部件为IGBT，IGBT实际为大电容，目的是为了控制电流的工作，保证能够输出合适的电流参数。如图所示9 电动机控制系统电动机控制系统 电动机10 （1）驱动电机控制器的主要）驱动电机控制器的主要功能功能1）控制电机正向驱动正向驱动、反向驱动反向驱动、正转发正转发电电、反转发电反转发电。驱动电机控制器对电动汽车的效率和平稳效率和平稳运行运行至关重要，其功能是按中央控制单元按中央控制单元的指令、电动机的速度和电流反馈信号，的指令、电动机的速度和电流反馈信号，对电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进对电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制行控制。（1）驱11 2）控制电机的动力输出，同时对电机进行保护。）控制电机的动力输出，同时对电机进行保护。驱动控制器与电动机必须配套使用，目前对电动机的调速主要采用调压调压、调频调频等方式，这主要取决于所选用的驱动电动机类型。由于蓄电池以直流电方式供电，所以对直流电直流电动机动机主要是通过DCDC转换器转换器进行调压调速控制的；而对于交流电动机交流电动机需通过DCAC转转换器换器进行调频调压矢量控制；对于磁阻电动机磁阻电动机是通过控制其脉冲频率控制其脉冲频率来进行调速的。2）控制12 3）通过CAN与其他控制模块通讯，接收并发送相关的信号，间接地控制车上相关系统正常运行。4）制动能量回馈控制。）制动能量回馈控制。当汽车进行倒车倒车行驶时，需通过驱动控制器使电动机反转反转来驱动车轮反向行驶车轮反向行驶。当纯电动汽车处于降速和下坡滑行时，驱动控制器使电动机运行于发电状态，电动机利用其惯性发电，将电能通过驱动控制器回馈给蓄电池。控制器通常需要风冷或者水冷。3）通过CAN与其他控制模块通讯，接收并发送相关13 5）自身内部故障的检测和处理。）自身内部故障的检测和处理。电机控制器不仅接受油门踏板的加减速信号油门踏板的加减速信号，同时接受制动踏板、电机转速、车速、电机制动踏板、电机转速、车速、电机电枢电压、电流、冷却水温等信号电枢电压、电流、冷却水温等信号，经过对这些信号的分析完成对电动机的精确控制；并且控制器会这些信号的数值显示在外接显示屏上以供驾驶员随时掌握车辆状况。另外，控制器在电机发生过流、过压以及过热的情况会自动切断主电路以保护汽车以及乘员的安全。5）自身14 （2）驱动系统控制）驱动系统控制策略策略电动汽车在行驶过程中，驾驶员根据实际行驶工况的需要，通过操纵油门踏板、制动踏油门踏板、制动踏板、变速器操纵杆板、变速器操纵杆来控制电动汽车的车速。按油门踏板所代表的给定指令不同，控制系统可以分为：开环控制系统开环控制系统，电流闭环控制电流闭环控制系统和车速系统和车速-电流双闭环控制系统电流双闭环控制系统。（2）驱15 开环控制系统开环控制系统就是用加速踏板信号加速踏板信号代表主控制器向主控制器向IGBT模块输出的模块输出的占空比信号占空比信号，其特点线路简单，成本低，但是当电池电压等参数变化时，没有自动调节作用，抗干扰能力差，起步加速和动力性能指标不高。电流单闭环控制系统电流单闭环控制系统就是用油门踏板信号油门踏板信号代表电机电机电枢电流电枢电流，即电机的输出扭矩。电流单闭环车速控制系统的主要特点是响应时间短，控制准确，且具响应时间短，控制准确，且具有自调节能力，但是此系统容易出现过流现象，可有自调节能力，但是此系统容易出现过流现象，可能导致电机或者控制器的损坏能导致电机或者控制器的损坏。开环控制16 油门踏板信号油门踏板信号代表驾驶员期望车速的控制系统称为车速控制系统。如安装车速传感器检测车速，并将其与期望车速相比构成反控制的称之为车速单闭环控制。采用车采用车速和电流两个调节器控制的系统速和电流两个调节器控制的系统称之为车车速速-电流双闭环控制系统电流双闭环控制系统。双闭环控制系统具有比较满意的动态性能；加速踏板位置直接代表驾驶员期望车速，直观便于理解；起动加速性能好，系统动力好。油门踏板17 （3）动力电机再生制动介绍）动力电机再生制动介绍动力系统中采用了“再生制动器再生制动器”，它利用电动机利用电动机的发电来再次利用动能的发电来再次利用动能。电动机通常在通电后开始转动，但是相反地让外界力量带动电动机旋转时，它又可作为发电机来发电。因此，利用驱动轮的旋转力带动电动机发电，在给蓄电池充电的同时，又可利用发电时的电阻来减速。该系统在制动时与液压制动器同时控制“再生制动器”，完美的将原来将原来在减速中作为摩擦热散失的动能回收为行驶用能量在减速中作为摩擦热散失的动能回收为行驶用能量。城市中行驶时反复进行的调速操作具有较高的能量回收效果，所以在低速带优先使用再生制动器。（3）动18 三、电动机（1）电动机的功用）电动机的功用电动机利用电池的电力产生驱动力利用电池的电力产生驱动力，用于驱动车轮用于驱动车轮正常行驶正常行驶；在减速时产生制动力在减速时产生制动力，让汽车减速或停车；在制动及滑行时，电动机转变为发电机在制动及滑行时，电动机转变为发电机，对电力进行再生并将其输送到电池。电动机与驱动控制器所组成的驱动系统电动机与驱动控制器所组成的驱动系统是纯电动汽车中最为关键的部件，纯电动汽车的运行性能主要取决于驱动系统的类型和性能，它直接影响着车辆的各项性能指标，如车辆在各工况下的行驶速度、加速与爬坡性能以及能源转换效率。三、电动机（1）电动机的功用19 （2）电动机的类型及原理）电动机的类型及原理电动机是电动汽车的主要部件，选择适当的电机类型与合理的额定参数非常重要，常见的电动机安装在发动机舱常见的电动机安装在发动机舱，如图3-13所示。电动机按工作电源种类划分电动机直流电动机交流电动机 （2）电20 图图3-13 电动机电动机位置位置 图3-1211）无刷直流电动机）无刷直流电动机直流电动原理和基本结构如图3-14和3-15所示，直流电机里边固定有环状永磁体环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生旋转力矩旋转力矩。直流电动机按有刷有刷直流电动机和无刷无刷直流电动机区分，有刷直流电动机采用石墨电刷做换向器，需要维护，因维护不方便被无刷直流电动机取代，无刷直流电动机已成为入门级电动车所使用的最为普遍的一种类型。1）无刷直流电动机22 根据电动车对电动机的技术要求，直流直流电动机能够满足电动车运行的基本需求电动机能够满足电动车运行的基本需求，另外，无刷直流电动机也不需要用户在无刷直流电动机也不需要用户在用车期间去考虑它的维护问题用车期间去考虑它的维护问题。直流电动机的转速范围不算宽泛，而且最高转速仅为6000rpm左右，这样的转速属性很难满足电动车的工况需求。如果为其配置变速器，会对整车空间布置以及重量控制方面对整车设计都有不利的影响。根据电动23 图图3-13 直流电动机原理直流电动机原理 图3-124 图图3-14 直流电机基本结构直流电机基本结构 图3-125 2）交流电动机）交流电动机交流电动分为同步电动机同步电动机和异步电动机异步电动机。同步电机和异步电机最大的区别在于它们的转子速度与转子速度与定子旋转磁场是否一致定子旋转磁场是否一致，电机的转子速度与定子旋转磁场相同，叫同步电机，反之，则叫异步电机。异步电机与同步电机结构上的的根本区别是旋转的转子没有通入直流电流励磁旋转的转子没有通入直流电流励磁。感应电动机是异步电动机的一种，由于在异步电动机中感应电机占90%以上。2）交流26 应用较广泛的是异步电机异步电机，但是异步电机由于重量重、体积大，在大巴上应用较多在大巴上应用较多，小车型还是以同步电机为主小车型还是以同步电机为主。永磁同步电机在一个相当狭窄的转速范围里效率非常高。比亚迪e6B采用永磁同步电机，北汽新能源电动车的驱动电机也采用永磁同步电机。永磁同步电机结构如图3-15所示，其上也有冷却水道和润滑油道。应用较广27 图图3-15 电动机结构电动机结构 图3-128 3）位置传感器）位置传感器永磁交流电动机的将需要将位置信号传将位置信号传感给电机控制器感给电机控制器，以便实现闭环控制以便实现闭环控制。原来的位置传感器以光学编码器光学编码器居多，但这些年来，却迅速地被旋转变压器旋转变压器代替。旋转变压器是一种输出电压随转子输出电压随转子转角变化的信号元件转角变化的信号元件。3）位置29旋转变压器安装在电机内，如图3-16所示，常用的旋转变压器是磁阻式旋磁阻式旋转变压器转变压器，它是由转子转子和定子定子组成。磁阻式旋转变压器的励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内，固定不动。但励磁绕组和输出绕组的形式不一样。两相绕组的输出信号随转角作正弦变两相绕组的输出信号随转角作正弦变化，并彼此相差化，并彼此相差90电角度的电角度的电信号电信号。旋转变压器安装在电机内，如图3-16所示，常用的旋转变压器是30 图图3-16 旋转变压器位置旋转变压器位置 图3-131 如图3-17所示，转子形状作特殊的设计，使得气隙磁场近似于正弦形气隙磁场近似于正弦形。转子形状的设计也必须满足所要求的极数。图图3-17 旋转变压器结构旋转变压器结构 如图3-32 四、冷却系统电动机冷却系统由散热器散热器、电动水泵电动水泵、电子风扇电子风扇、冷却水管冷却水管等组成。比亚迪e6车型的冷却系统采用闭式强制水冷循环系统，冷却介质为乙二醇型冷乙二醇型冷却液却液。冷却系统由电动水泵提供动力，低温冷却液通过冷却管路由散热器散热器流向电机控制器电机控制器、DC、电动电动机机等，冷却液在电机控制器、DC、电动机等处吸收热量后，再通过冷却管路流进散热器进行散热，之后进行下一个循环。四、冷却系统电动机冷却系统由散热33 电子风扇总成采用吸风式双风扇吸风式双风扇，通过串联串联调速电阻调速电阻的方式来实现风扇的高低速档分级风扇的高低速档分级，从而降低风扇的噪音，提高整车舒适性。散热风扇具体位置如图3-18所示。电子风扇34 五、机械传动装置 传动系统作用：实现汽车变速变速；实现汽车倒倒车车；实现汽车减速增扭减速增扭；使车轮具有车速功使车轮具有车速功能能。动力传递路线为：电动机变速器主减速器差速器传动轴驱动轮 五、机械传动装置 传动系统作用：实35 五、机械传动装置 如图3-19所示，纯电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车基本上无需内燃机汽车的离合器。五、机械传动装置 如图3-19所示36 图图3-19 纯电动汽车驱动电动机及驱动桥纯电动汽车驱动电动机及驱动桥 图3-137 动力总成由动力电机动力电机和变速箱变速箱组成，如图3-20所示，变速器的结构型式为单档单档机械式变速器机械式变速器，包括主减速器和差速器主减速器和差速器一体结构，具有一个前进档和前进档和P档机构档机构，倒档的实现是通过电动机的反转来实现倒档的实现是通过电动机的反转来实现。动力总成38 图图3-20 前驱变速器前驱变速器 图3-239