电动汽车驱动系统.ppt

电动汽车驱动系统可靠性研究 研究生 景诗毅 背景和意义 1835 1836年的运河投资热1922 1929年的铁路1985 2000年的计算机网络热2004 2008年的太阳能 而由于能源危机和环境污染问题 电动汽车即将成为新的一代科技明星 通用汽车百年庆典 雪佛兰VOLT电动车量产版全球首发 在现代工业发展过程中 人类科技迄今共经历了4次科技热潮 背景和意义 电动汽车清洁无污染 能量效率高 低噪声的优点 使得电动汽车的产业化势不可挡 在电动汽车的产业化过程中 企业和客户都非常关注电动汽车的可靠性 驱动系统是电动汽车的关键部件之一 其可靠性研究不但能够获得电动汽车电机驱动系统的可靠性指标 为行业提供经济适用的可靠性考核方法和可靠性考核标准 能够大力促进我国电动汽车的产业化 加快我国电动汽车的快速发展 背景和意义 20世纪40年代 1943年电子管研究委员会成立 专门研究电子管的可靠性问题 20世纪50年代 1952年美国国防部成立了电子设备可靠性咨询组 AGREE 于1957年发表了 军用电子设备可靠性 的研究报告 标志着可靠性已成为一门独立的学科 是可靠性工程发展的重要里程碑 20世纪60年代 20世纪60年代是可靠性工程全面发展的阶段 也是美国武器系统研制全面贯彻可靠性大纲的年代 70年代以后 1977年国际电子技术委员会 IEC 设立了可靠性与可维修性技术委员会 可靠性指标 可靠度 平均寿命 失效率 背景和意义 分析电动汽车驱动系统薄弱环节的可靠性影响因素 对可靠性几种建模方式进行了介绍 分析了驱动系统的可靠性模型 采用冗余设计来进行了可靠性设计 分析电动汽车驱动系统单应力加速模型 建立多应力加速模型 利用二元一次插值法来估算多应力加速模型参数 对电动汽车回馈制动的基本原理和研究现状进行了介绍 并对回馈制动对整个驱动系统可靠性的影响进行了分析 主要研究内容 分析电动汽车驱动系统的故障模式及其故障机理 建立驱动系统故障树 开关磁阻电机驱动系统高密度 高效率低成本 宽调速 直流电动驱动系统 感应电机驱动系统 永磁无刷电机系统 新一代牵引电机系统 电动汽车驱动系统分类 结构简单 坚固耐用 成本低廉 运行可靠低转矩脉动 低噪声 不需要位置传感器 转速极限高矢量控制调速技术比较成熟驱动电路复杂 成本高 功率密度较高电机尺寸小 体积小转子结构简单 稳定性好 结构简单优良的电磁转矩控制特性城市无轨电车上广泛应用重量和体积也较大 电动汽车驱动系统的结构 电动汽车驱动系统结构图 驱动系统故障模式及故障机理分析 电动汽车驱动系统主电路拓扑图 驱动系统故障模式及故障机理分析 驱动系统的组成 定子故障模式和故障机理 定子绝缘故障 主要是电压过高 绝缘局部击穿 定子铁芯故障 主要是由于铁芯松动定子绕组故障 a 过负载下定子损伤 b 机械疲劳造成定子开裂 转子故障模式和故障机理 转子绕组 和定子绕组相同转子磁钢 主要包括磁钢脱落和退磁两个方面 其中 磁钢脱落的主要故障机理是粘接工艺欠佳 粘接剂选择不当 结构不合理 退磁的主要故障机理是高温 振动 电枢反应 选用磁钢不当等转子本身故障 一方面 转子中的高频电流引起集肤效应使转子电阻上升 使转子铜耗增大 造成磨损严重 另一方面 如果有缺陷 变形 外力冲击 设计和工艺不合理 会使转子发生断条 a 振动造成绕组线圈损坏 b 转子断条 电机故障模式和故障机理 轴故障模式及机理 IGBT故障模式和故障机理 静电放电及相关原因引起的失效占很大的比例其他主要故障有短路 击穿和烧坏故障机理主要是过热 过压 过流 长时间过流运行 短路超时 过高的di dt 母线支撑电容故障模式及机理 电容故障表象图 DSP控制电路故障模式及机理 驱动系统故障树建立 电动汽车驱动系统薄弱环节 定转子绕组 电机轴承 IGBT 控制电路 母线电容 绝缘寿命与绝缘温度的关系 定转子绕组寿命 失效率 a 不同绝缘等级基本失效率曲线 b 不同环境温度下的基本失效率曲线 基本失效率 滚动轴承的寿命 IGBT的功率循环次数 直流母线电容 一般采用大容量的电解电容 主要影响因素有母线电压 环境温度以及纹波电流 控制电路可靠性影响因素 温度和电应力 电压 电流 可靠性模型 串联模型 并联模型 混联模型 并 串联模型 串 并联模型 电动汽车驱动系统可靠性模型 驱动系统的可靠性框图 驱动控制电路可靠性框图 电机可靠性框图 电动汽车驱动系统可靠性设计 驱动系统完全冗余设计 系统失效率为 可靠度为 驱动控制部分并联 系统失效率为 可靠度为 电机部分并联 系统失效率为 可靠度为 薄弱环节冗余设计 系统失效率为 可靠度为 电动汽车驱动系统可靠性设计 提高可靠性的办法 加速寿命试验 a 恒定应力试验 b 步进应力试验 c 序进应力试验 阿伦尼斯 Arrhenius 模型 寿命特征 阿伦尼斯 Arrhenius 模型 加速系数 AF 逆幂率 inversepowermodel 模型 寿命特征 逆幂率 inversepowermodel 模型 加速系数 AF 简单多应力复合模型 寿命特征 简单多应力复合模型 加速系数 AF 温度应力下的加速系数曲线 二元一次函数插值法 双应力插值网络 多应力加速模型 考虑耦合作用 寿命特征 插值法拟合下的寿命曲线 多应力加速模型 考虑耦合作用 加速系数 AF 插值法拟合下的加速系数曲线 回馈制动对驱动系统可靠性的影响 典型都市工况下驱动能与制动能比较 电动汽车制动方式 回馈制动对驱动系统可靠性的影响 电动汽车主要省油技术项目比较 回馈制动对驱动系统可靠性的