任务3 电机功率控制器

新能源汽车概论,任务三电机功率控制器,建议课时：2学时,学习目标（1）知道电机功率控制器的组成；（2）理解逆变器、升压变换器、DC/DC转换器的工作原理；（3）知道电机控制方式。,教学目标,在电动汽车中，电机功率控制器（PCU）的功能是根据档位、油门、刹车等指令，将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池中。图4-3-1所示是丰田THS-II电机功率控制器（PCU）示意图：,图4-3-1丰田THS-II的PCU控制示意图(NHW20车型),一、电机功率控制器的组成与原理,学习目录,一、电机功率控制器的组成与原理,电机功率控制器是主要由逆变器、升压转换器、DC/DC转换器和冷却器等组成。如图4-3-2所示为2017年丰田普锐斯PCU实物解剖图。,图4-3-2丰田普锐斯PUC实物图,电机功率控制器的组成与原理,1、逆变器逆变器将来自增压转换器的直流电转换为三相交流电以驱动电机；反之，将来自电机的交流电转换为直流电。构成逆变器的重要功率电子元件是IGBT，如图4-3-3所示。,图4-3-3丰田普锐斯（NHW20）PUC实物图,电机功率控制器的组成与原理,（1）直流（DC）转交流（AC）原理逆变原理一般来说，逆变器是将直流电转换为交流电，或将交流电转换为直流电的设备。要将直流电转换为交流电，需要将4个不同的开关组合，改变开关的打开/关闭时间可以相应地改变频率。正弦波型交流电压的产生逆变器输出的是正弦波型交流电，而不是矩形波交流电，如图4-3-4所示。,图4-3-4正弦波型交流电和矩形波交流电波形,电机功率控制器的组成与原理,正弦波型三相交流电的产生使用6个IGBT可产生正弦波型交流电压，3个相位相距120电机运转时。根据转子（永久磁铁）的位置，IGBT打开以产生适合转子位置的三相交流电，使转子运转。进行再生制动时。车轮转动转子（7欠久磁铁），在相位U、相位V和相位W内产生三相交流电压。三相交流电经二极管整流后为动力电池充电。进行零转矩控制时（电机运转和再生制动以外的情况）根据车辆行驶条件，电机转矩可能会降至零（0)。如在水平路面上平稳行驶时，由于进行前置前驱，四轮驱动混合动力系统的电机既不驱动车轮，也不发电。但是，在此情况下，电机仍然转动。由于电机转动产生电压，电流开始流动。为了抵消MGR产生的电压，IGBT打开以产生电压，防止电流流动。,电机功率控制器的组成与原理,（2）逆变器控制原理根据MG1和MG2的驱动指令值，HVECU将逆变器驱动信号(PWM)输出至逆变器，如图4-3-5所示。HVECU检测是否按照安装在逆变器内的电流传感器的反馈的指令生成三相交流电。,图4-3-5逆变器控制原理,电机功率控制器的组成与原理,HVECU根据车辆运行条件改变逆变器控制模式（即逆变器驱动信号），从而有效地控制MG1和MG2。变逆变器控制模式有有三种（见表4-3-1和图4-3-6），并可通过智能检测仪的ECU数据表进行检查。,电机功率控制器的组成与原理,图4-3-6逆变器控制模式范围,电机功率控制器的组成与原理,2、升压转换器升压转换器将动力电池的电压升高，升高后的电压进入逆变器；反之，降低电机产生的电压以便为动力电池充电。如图4-3-7所示是丰田普锐斯（NHW20）PCU的升压转换器的原理图。,图4-3-7丰田普锐斯（NHW20）PCU的升压转换器的原理图,电机功率控制器的组成与原理,3、DC/DC转换器(1)DC/DC转换器工作原理DC-DC转换器将HV蓄电池电压从直流高压转换至直流低压(通常为14V)以为辅助蓄电池充电。因此，此系统不使用交流发电机。此功能相当于传统汽车上的交流发电机。如图4-3-8所示是丰田普锐斯（NHW20）PCU的DC/DC转换器的实物图。,图4-3-8丰田普锐斯（NHW20）PCU的DC/DC转换器的实物图,电机功率控制器的组成与原理,在此以丰田普锐斯（NHW20）PCU的DC/DC转换器为例介绍工作原理，如图4-3-9所示。高压(201.6V)暂时在晶体管桥接电路上转换为交流电并通过变压器降为低压。然后交流电转换为直流电，电压稳定且输出至直流12V系统。转换器控制电路监控直流12V系统的输出电压以使辅助蓄电池端子的电压保持恒定。（与传统车辆不同，发动机转速与输出电流和输出电压无关。）,电机功率控制器的组成与原理,图4-3-9丰田普锐斯（NHW20）PCU的DC-DC转换器电路工作原理图,电机功率控制器的组成与原理,(2)DC/DC转换器的控制NHW20车型使用的DC-DC转换器根据运行条件使输出电压在两种级别（直流14V,直流13.5V）之间切换，由VLO端子控制。DC/DC转换器控制的主要任务有以下两个：DC-DC转换器将HV蓄电池电压降至直流14V，从而为辅助蓄电池充电，并为辅助系统提供动力。当发生异常时，HVECU使用NODD端子监视DC-DC转换器并发出指令停止DC-DC转换器运行。,电机功率控制器的组成与原理,3、冷却器PCU中是由许多大功率电子元件组成，这些电子元件在工作过程中会产生热量。PCU若温度过高则会影响其性能，因此对其进行适当的冷却是十分必要的。如图4-3-10所示是丰田普锐斯PC