1、精選優質文檔-傾情為你奉上 項目四驅動電機管理系統任務一驅動電機管理系統認知教案上課時間： 年 月 日課程名稱新能源汽車動力電池與驅動電機課時2課型班級教學目標知識目標能夠描述驅動電機管理統的主要部件；能夠描述常見車型驅動電機管理系統主要部件的位置、結構與特點。能力目標能夠檢索資料，歸納并描述主流車型驅動電機控制器、DC/DC轉換器的結構與特點情感目標教材分析重點驅動電機管理統的主要部件；串聯式驅動系統結構形式常見車型驅動電機管理系統主要部件的位置、結構與特點。難點驅動電機管理統的主要部件；串聯式驅動系統結構形式常見車型驅動電機管理系統主要部件的位置、結構與特點。方法理論教學法教具北汽EV16

2、0整車教學過程設計基本要素1.導課設計 2.教學活動策劃 3.時間分配4.教學內容 5.課后作業 6.教學反思導課:一輛電動汽車無法運行，你的主管診斷結果為逆變器異常，讓你協助他為一位電動汽車汽車服務人員，你知道逆變器屬于哪個系統，具備哪些功能嗎？理論教學內容：1.驅動電機管理統的主要部件驅動電機系統是電動汽車核心系統之一，是車輛行駛的主要驅動系統，其特性決定了車輛的主要性能指標，直接影響車輛動力性、經濟性和用戶駕乘感受。以下介紹驅動電機管理系統的主要部件結構和檢測技術。1)驅動電機管理模塊v驅動電機管理模塊（控制器），通常簡稱MCU，主要用于管理和控制驅動電機的運轉速度、方向以及將驅動電機作

3、為逆變電機發電。MCU的功能類似于傳統汽車的發動機控制模塊。目前使用在純電動汽車上的驅動電機管理模塊主要有兩種類型，一種是僅用于控制驅動電機的，即MCU；另一種是更具有集成控制功能的驅動電機管理模塊，即MCU與DC/DC轉換器功能，這類的驅動電機管理模塊也被稱為PCU（圖4-1-1）。DC/DC轉換器是直流-直流的電壓變換器，用于將動力電池或逆變器產生的電能轉換成12V低壓電能，用于給12V蓄電池充電和車身電氣設備供電。將MCU與DC/DC轉換器集成化是目前純電動汽車與混合動力汽車驅動電機管理模塊要發展的一個趨勢，集成度更高的系統即節省了成本，也利于系統之間信息的共享與車輛部件位置的布置設計。

4、2）逆變器為了提高電機驅動系統的效率，HEV主要采用交流電機驅動。為了驅動交流電機，從直流獲得交流電力的電力轉換裝置就被稱為逆變器。 （1)構成。圖4-1-2所示的是豐田普銳斯內置了逆變器之后的車載用動力控制單元（Poner Contol Unit）的構成，圖4-1-3所示為主回路構成。動力控制單元（PCU）由內置了動力裝置元器件的IPM、MWGECU(Moor/ Cenerator Elcetric Control Unit)、電容器、電抗器、冷卻系統、電流傳感器等構成。 （2）控制。新能源汽車采用的驅動電機要求在停止及低速區域出大轉矩，在最高車速區域實現大功率輸出?，F在主流電機為永磁交流同

5、步電機，通過弱磁場控制，可以實現大范圍的轉速區域輸出。逆變器大多采用的是電壓輸出式，PWM方式的矩形波輸出電壓的脈沖幅度定期變化。頻率在數千赫茲以上的高頻進行轉換，將直流電壓轉換成交流電壓。影響電機輸出的電壓成分取決于基波分量，因此為了加大該基波，采用使逆變器輸出電壓波形變形增大電壓基波分量的手法。圖4-1-4所示的是逆變器的電壓波形與調制度。在此，所謂的調制度是指逆變器電源電壓與輸出電壓的基波分量的比。電壓波形可劃分為正弦波PWM、過調制PWM、矩形波3種。圖4-1-5所示的是各自的適用區域。（3）內部元件。車輛驅動用逆變器由于在高頻下進行轉換，功率半導體元器件要求轉換高速化。另外，為了應對

6、大功率輸出，也要求高電壓。因此，大多采用IGBT（圖-1-6）兼具MOS構造的電壓驅動特性與雙極晶體管的強電力特性。通過將平面型閘門構造向槽型閘門構造改進，使基本構造小型化，再進一步通過推進元器件厚度的薄板化技術來實現低損耗。逆變器采用與IGBT同樣的FWD(同流用二極管）并列連接，二極管與IGBT同樣，要求具有高耐壓、低損耗特性，因此采用耐高壓的PIN構造，另外，為降低二極管特有的導通狀態向閉合狀態切換時產生的損耗，一般通過形成品格缺陷來減少轉換損耗。（4）冷卻器。逆變器主要發熱部分是功率半導體元器件IGBT和FRD（Fast Recoverv Djiode)，需要對其進行高效率的冷卻。冷卻

7、方式有風冷方式、水冷方式。大功率逆變器一般采用的是水冷方式。圖4-1-7所示的是動力模塊剖面。功率半導體元器件是件助動力內部絕緣印制電路板以及散熱板，通過冷冷機都冷卻。網此，降低熱阻與提高冷卻器能力至關重要。為了提高散熱能力，新的技術中不通過散熱潤滑劑，而是采用將功率半導體元器件直接安裝在冷卻器上的直接冷卻構造與雙面冷卻方式。圖4-1-8所示為直接冷卻構造。直接冷卻構造中，線性膨脹系數較高的冷卻器的熱應力直接作用于絕緣電路板，因此，如何確保熱收縮的長期可靠性是一個重要的技術。（5）電容器。主電路電容器有平滑電容器和濾波電容器，前者用于平滑電機控制用電壓，而后者主要用于高/電池的脈動平穩化。這些

8、電容器由于具有低ESR（Equivalent Series Resistance)、高耐壓、壽命期限長、耐溫特性良好等優點，采用薄膜電容器的情況有所增加，電容器元器件中，通過采用薄PP膜，可以實現電容器裝置的小型化。單位體積的靜電容量與薄膜厚度的二次方大致成正比，因此，薄膜化對于實現小型、輕量化來說，是最為有效的手段。另外，通過開發各種蒸鍍方式，以最佳形式來應對較大的脈動和實現高安全性（自我保障功能）。3）DC/DC轉換器HEV、EV配置兩種電池，一種是作為行駛用電機電源的高電壓主機電池（動力電池），另一種是作為車輛附件類及控制ECU電源的12V輔助電池。圖4-1-9所示為混合動力系統組成示意

9、圖。EV無法利用發動機的動力進行發電，因此一般搭載DC/DC轉換器，進行主機電池向輔助電池的降壓式直流-直流電力轉換。HEV可以通過交流發電機發電，但是混合動力系統為了改善油耗，要反復進行怠速停機與起動發動機，因此一般采用可以輸出穩定電壓、可高效率完成電力轉換的DC/DC轉換器。另外，在DC/DC轉換器的冷卻方式中，有的在發動機艙內與逆變器整體化配置，通過冷卻系統進行水冷冷卻，有的搭載在行李艙內主機電池的電池盒上，通過風扇進行風冷。冷卻方式根據配置位置的環境溫度與DC/DC轉換器自身的損耗來決定，無論哪種，提高效率是共同的目標。豐田普銳斯DC/DC轉換器主要參數見表4-1-1。與一般所使用的D

10、C/DC轉換器不同，車輛用轉換器要求輸入電壓范圍廣泛、溫度范圍廣泛等。另外，由于搭載在行李艙內，冷卻方式一般采用風冷方式。4）解角器解角器又稱解析器，是可靠性極高且結構緊湊的傳感器，它可精確檢測磁極位置。（1）解角器的結構。解角器的定子包括三種線圈：勵磁線圈A、檢測線圈S和檢測線圈C。解角器結構如圖4-1-10所示。解角器的轉子為橢圓形，橢圓形轉子與MG1、MG2的永磁轉子相連接，定子與轉子間的距離隨轉子的旋轉而變化。交流電流入勵磁線圈A，產生頻率恒定的磁場。使用頻率恒定的磁場，線圈S和線圈C將輸出與轉子位置對應的值。因此，驅動電機-發電機ECU（MGECU)根據線圈S和線圈C輸出值之間的差異

11、檢測出絕對位置。此外，MGECU根據規定時間內位置的變化量計算轉速。（2）解角器的工作原理。檢測線圈S的+S和-S錯開90°，+C和-C也以同樣的方式錯開90°，線圈C和S之間相距45°檢測線圈的電流流向，如圖4-1-10所示。由于解角器的勵磁線圈中為頻率恒定的交流電，因此無論轉子轉速如何，頻率恒定的磁場均會由轉子輸出至線圈S和線圈C。轉子為橢圓形，解角器的定子與其轉子之間的間隙隨轉子的旋轉而變化。由于間隙的變化，線圈S和線圈C輸出波形的峰值隨轉子位置的變化而變化。驅動電機-發電機ECU（MGECU)持續監視這些峰值，并將其連接形成虛擬波形。驅動電機-發電機ECU

12、（MGECU)根據線圈S和線圈C值之間的差異計算轉子的絕對位置。其根據線圈S的虛擬波形和線圈C的虛擬波形的相位差判定轉子的方向。此外，驅動電機-發電機ECU（MGECU）根據規定時間內轉子位置的變化量計算轉速。轉子旋轉180°時線圈A、線圈S和線圈C的輸出波形如圖4-1-11所示。解角器的工作原理如圖4-1-12及動畫所示。2.常見車型驅動電機管理系統主要部件的位置、結構與特點以下介紹具有代表性的比亞迪E6、比亞迪秦以及北汽新能源EV系列車型驅動電機控制器和DC/DC轉換器的安裝位置、結構與特點。1）比亞迪E6驅動電機控制器（1）驅動電機控制器的功能和安裝位置。比亞迪E6的驅動電機控

13、制器，簡稱電機控制器，是純電動汽車整車驅動控制系統的核心，它的作用至關重要。簡單地講，類似于傳統內燃機汽車的油量調節機構，都是通過調節加速踏板的幅度來進行車速和牽引力的控制。但是電機控制器相比較油量調節機構的結構、功能更為復雜全面。電機控制器不僅接受加速踏板的加減速信號，同時接受制動踏板、電機轉速、車速、電機電樞電壓、電流、冷卻液溫度等信號，經過對這些信號的分析完成對電機的精確控制。并且控制器會將這些信號的數值顯示在外接顯示屏上以供駕駛人隨時掌握車輛狀況。此外，控制器在電機發生過電流、過電壓以及過熱情況都會自動切斷主電路以保護汽車以及乘員的安全。如圖4-1-13所示為E6電機控制器，安裝在前機

14、艙右側，靠近DC/DC轉換器的位置。驅動電機控制器類型為電壓型逆變器，利用IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）將直流電轉換為交流電，額定電壓為318V，主要功能是控制電動機和發電機等根據不同工況控制電機的正反轉、功率、扭矩、轉速等。即控制電機的前進、倒退、維持電動車的正常運轉，關鍵零部件為IGBT，IGBT實際為大電容，目的是為了控制電流的工作，保證能夠輸出合適的電流參數。驅動電機控制器總成包含上中下三層，上下層為電動機控制單元，中層為水道冷卻單元，總成還包括信號接插件（包含12V電源/CAN線/擋位、節氣門/旋變/電機過溫信號線預充滿信號線等），2根動力電池正負極接插件，3根電機三相線接插件和2個

15、水套接頭及其他周邊附件，如圖4-1-14所示。電機控制器的主要功能有：控制電機正向驅動、反向驅動、正轉發電、反轉發電。控制電機的動力輸出，同時對電機進行保護。通過CAN與其他控制模塊通信，接收并發送相關的信號，間接地控制車上相關系統正常運行。制動能量回饋控制。自身內部故障的檢測和處理。（2）驅動電機控制系統工作原理。驅動電機控制器系統主要由高壓配電、控制器、驅動電機及相關的傳感器組成，該系統核心為驅動電機控制器。驅動電機控制器接受擋位開關信號、節氣門深度、制動踏板深度、旋變等信號，經過一系列的邏輯處理和判斷，來控制電機正、反轉和轉速等?？刂撇呗圆捎昧私浀涞碾姍C控制理論并注入了先進的控制算法，驅

16、動永磁同步電機以最佳方式協調工作，核心ECU驅動電機控制器上層軟件所依賴的下層硬件電路包括控制電路板和驅動電路板兩塊電路板。它們的分工有所不同：控制電路板又分為模擬通道采樣單元、模數轉換單元、DSP處理單元、旋變解碼單元、CAN通信單元、擋位處理單元。驅動電路板包括信號隔離單元、保護信號選擇單元、電源單元?？刂齐娐钒鍖Σ蓸拥臄祿M行處理，計算出所需占空比，產生PWM（正弦脈寬調制）；通過驅動電路板傳遞給IGBT，供驅動電機工作。驅動電機控制器系統元件位置和控制框圖如圖4-1-15和圖4-1-16所示。（3）角度傳感器。比亞迪E6電機檢測電機轉子旋轉的角度和位置傳感器采用旋轉變壓器形式，如圖4-

17、1-17和圖4-1-18所示。角度傳感器又稱旋轉變壓器，旋轉變壓器（簡稱旋變）是一種輸出電壓隨轉子轉角變化的信號元件。電機轉速由角度傳感器進行控制和監測。角度傳感器由電機控制器模塊監測，根據這些位置傳感器的信號，電機控制器監測電機的角位置、轉速和方向。角度傳感器包含一個勵磁線圈、兩個驅動線圈和一個不規則形狀的金屬轉子。金屬轉子以機械方式固定在電機軸上。將點滅開關置于ON位置時，電機控制模塊輸出一個5V交流電、一定頻率的勵磁信號至驅動線圈。驅動線圈勵磁信號生成一個環繞兩個從動線圈和不規則形狀轉子的磁場。然后，電機控制模塊監測兩個從動線圈電路，以獲得一個返回信號。不規則形狀金屬轉子的位置引起從動線

18、圈的磁感應返回信號發生大小和形狀的變化。通過比較兩個從動線圈信號，電機控制模塊能確定電機的確切角度、轉速和方向。2）比亞迪秦驅動電機控制器與DC總成（1）整車安裝位置。整車安裝位置如圖4-1-19所示。（2）結構。比亞迪秦驅動電機控制器與DC總成結構如圖4-1-20所示。驅動電機控制器的功用如下：作為動力系統的總控中心，驅動電機的運行，根據工況控制電機的正反轉、功率、轉矩、轉速等；協調發動機管理系統工作（圖4-1-21）。硬件采集電機的旋變、溫度、制動、加速踏板開關信號。通過CAN通信采集制動深度（制動路板位置）、擋位信號、駐車開關信號、起動命今、電池管理控制器相關數據、控制器的故障信息。內部

19、處理的信號有直流側母線電壓、交流側三相電流、IGBT溫度、電機的三相繞組阻值。DC/DC轉換器的功用如下（圖4-1-22）：純電模式下，DC的功能替代了傳統燃油車掛接在發動機上的12V發電機，和蓄電池并聯給各用電器提供低壓電源。DC在高壓（500V）輸入端接觸器吸合后便開始工作，輸出電壓標稱13.5V。發動機原地起動發電機發13.5V直流電，經過DC升壓轉換50V直流給電池包充電。 DC/DC轉換器具有降壓和升壓功能：降壓：負責將動力電池480V的高壓電轉換成12V電源。DC/DC在主接觸吸合時工作，輸出的12V電源供給整車用電器工作，并且在低壓電池虧電時給低壓電池充電。升壓：當動力電池電量不

20、足時，DC/DC將發電機發出的電，供整車低壓用電器用電后多余的量升壓后給動力電池充電及空調（AC)用電。DC/DC轉換器系統框圖如圖4-123所示。（3）參數。比亞迪秦驅動電機控制器與DC總成的參數見表4-1-2。3）北汽新能源EV驅動電機控制器與DC總成（1）整車安裝位置。圖4-1-24所示是北汽E150EV電機控制器與DC/DC在整車上的位置圖。圖4-1-25所示是北汽E150EV前艙的部件位置圖。圖4-1-26所示是北汽EV200前艙的部件位置圖，DC/DC集成在PDU內部。（2）結構。驅動電機控制器MCU結構如圖4-1-27、圖4-1-28所示，它內部采用三相兩電平電壓源型逆變器，是驅

21、動電機系統的控制核心，稱為智能功率模塊，它以IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）為核心，輔以驅動集成電路、主控集成電路。MCU對所有的輸入信號進行處理，并將驅動電機控制系統運行狀態信息通過CAN2.0網絡發送給整車控制器VCU。驅動電機控制器內含故障診斷電路，當電機出現異常時，達到一定條件后，它將會激活一個錯誤代碼并發送給VCU整車控制器，同時也會儲存該故障碼和相關數據。驅動電機控制器主要依靠電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器來進行電機運行狀態的監測，根據相應參數進行電壓、電流的調整控制以及其他控制功能的完成。電流傳感器用于檢測電機工作實際電流，包括母線電流、三相交流電流。電壓傳感器用于檢測供給電機

22、控制器工作的實際電壓，包括動力電池電壓、12V蓄電池電壓。溫度傳感器用于檢測電機控制系統的工作溫度，包括IGBT模塊的溫度。北汽EV驅動電機控制器、IGBT、電流傳感器如圖4-1-29所示。DC/DC轉換器安裝于前機艙位置，其主要功能是在車輛起動后將動力電池輸入的高壓電轉變成低壓12V向蓄電池充電，以保證行車時低壓用電設備正常工作。（3）參數。DC/DC轉換器主要技術指標見表4-13。實訓操作：1. 工作準備（1）防護裝備：常規實訓著裝。（2）車輛、臺架、總成：比亞迪F6純電動汽車；比亞迪秦混合動力汽車單豆焦。電轉變成低壓動汽車；或其他同類新能源汽車。（3）專用工具、設備：無。（4）手工工具：無。（5）輔助材料：無。2. 實施步驟（1）參觀實訓室驅動電機控制器和DC/DC轉換器的掛圖或模型，認識驅動電機控制器和DC/DC轉換器的結構組成。（2）利用互聯網查詢新能源汽車驅動電機控制器和DC/DC轉換器的現狀和發展。打開電腦或移動終端的瀏覽器，利用“百度”等瀏覽器搜索功能，搜索“驅動電機控制器、逆變器、DC轉換器類型”等關鍵詞，查詢并記錄相關的信息。必要時走訪周邊汽車銷售店面，了解主流車型逆變器和DC/DC轉換器的類型和特點。課后作業：1. 填空題（1）驅動電機管理模塊通常簡稱 ，主要用于管理和控制驅動電電機的 方向以及將驅動電機作為逆變電機 。（2）驅動電機控制器系統主要是由高壓配