《新能源汽车概论》 课件 项目三任务二 新能源汽车电机驱动系统

《新能源汽车概论》项目三新能源汽车核心技术任务二新能源汽车电机驱动系统电机驱动系统是电动汽车中把电能转换为机械能的动力部件。

本任务主要介绍新能源汽车电机驱动系统。ONTENTSC学习目标学习任务任务实施任务评价知识扩展目标了解电机驱动系统的组成掌握电机驱动系统的基本术语12掌握电机驱动系统的类型3一、电机驱动系统认知1驱动系统概述电机驱动系统电机将电机控制器传输过来的电能转换成机械能传输给动力分配装置电机控制器将外界输入的信号进行处理并转换成能驱动电机功率信号动力分配装置将电机传输过来的机械能分配给车轮行驶冷却系统给整个电机驱动系统进行冷却，保证电机驱动系统在正常的工作范围内新能源汽车的电机驱动系统电气系统电机电机控制器高压线束机械系统动力分配装置等构成一、电机驱动系统认知2电机驱动系统相关术语额定功率在额定条件下的输出功率。峰值功率在规定的持续时间内，电机允许的最大输出功率。额定转速额定功率下电机的转速。最高工作转速相应于电动汽车最高设计车速的电机转速。额定转矩电机在额定功率和额定转速下的输出转矩。峰值转矩电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩。电机及控制器整体效率电机转输轴输出功率除以控制器输入率再乘以100%。一、电机驱动系统认知2电机驱动系统相关术语以2t型环卫车电机参数为例。额定功率：30kW；峰值功率：60kW；额定转速：3000r/min；最大转速：8000r/min；额定转矩：96N·m；峰值转矩：200N·m；额定效率（包括控制器）：≥93%；效率如图所示。电机在超过额定范围条件下工作时，将有一定的时间限制，如15min峰值工况、30min峰值工况等。3新能源电动汽车对电机驱动系统的要求一、电机驱动系统认知1新能源电动汽车在运行时要满足带负载起步要求，同时，在汽车加速和加速时，还应有较强的短时过载能力，这是汽车能够正常行驶的必要条件。起动力矩大且过载能力强234峰值电流应小于动力电池最大放电允许电流以避免电机损坏。普通电机起动电流较大，需设法改善电机的起动特性，促进电机驱动系统发挥最大性能。限制电机过大的峰值电流当电机有较宽的调速范围，高、低速各工况均能高效运行，并保持理想调速特性。调速范围宽当电机正反两个方向都可以正常运行时，汽车倒车时就不必切换齿轮来实现倒挡，使汽车操纵行驶更加流畅。电机能够正反转两个方向运行5使汽车降速制动和下坡滑行时经电机，将更多动能转化为电能回馈给动力电池来提高续驶里程。方便、高效地实现发电反馈678当电磁制动的动态响应极快时，可及时准确地的对前、后、左、右车轮制动力适宜分配，提高汽车安全性。设法使电机同时具有电磁制动功能提高电机的动态响应性可改善行驶中可控制性能。促使车辆操作更加顺畅，行驶更加稳定。调速响应快车辆行驶时，突发状况不可避免。所以，应利用故障容错性，确保电动汽车故障时，仍能够“坡脚回家”以避免交通堵塞及不可预计的人身伤害。运行平稳及可靠性高二、电机驱动系统的分类1直流电机驱动系统直流电机驱动系统由转速调整器、电流调整器、触发电路、驱动电路、测速电路、整流电路、H桥型电路、电机组成。电机控制器一般采用脉宽调制（PWM）斩波控制模式。在驱动电机部分，永磁式直流电机的定子磁极是永久磁体组成的，利用永磁提供磁场，使转子在磁场的作用下旋转。二、电机驱动系统的分类2交流异步电机驱动系统交流异步电机驱动系统由高压动力电池、升压转换器、变频器、电机等组成。电机控制器采用PWM方式实现直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速，采用矢量控制或直接转矩控制策略实现电机转矩控制的快速响应。二、电机驱动系统的分类3交流永磁电机驱动系统正弦波永磁同步电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速；梯形波无刷直流电机控制通常采用“弱磁调速”方式实现电机的控制。正弦波永磁同步电机驱动系统低速转矩脉动小且高速恒动率区调速更稳定。梯形波无刷直流电机驱动系统正弦波永磁同步电机驱动系统交流永磁电机驱动系统二、电机驱动系统的分类4开关磁阻电机驱动系统电机控制方法：模糊滑模。开关磁阻电机：系统的主要组成部分，实现由电能向机械能的转化。结构最为简单，定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构，转子上没有绕组，定子装有简单的集中绕组，具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点。目前纯电动汽车所用电机均为永磁同步电机。交流永磁电机采用稀土永磁体励磁，与感应电机相比不需要励磁电路，具有效率高、功率密度大、控制精度高、转矩脉动小等特点。开关磁阻电机驱动系统功率变化器控制器开关磁阻电机传感器三、新能源汽车电驱动的发展方向1纯电驱动汽车用电机及其控制系统产业化研究目标：掌握电驱动汽车用电机及其控制系统设计、开发和产业化关键技术；提高系统功率密度、转矩密度、效率和可靠性等性能；开发系列化产品，实现批量化生产。主要研究内容：研究高密度、高集成度、高效率电机及其控制系统；研究电机与机电耦合装置的集成技术；研究车载环境下电机系统热管理与减震降噪技术；研究电机系统的环境适应性、可靠性与耐久性预测和评估方法；研究电机系统的产品化应用技术；研究批量生产的先进制造技术和质量控制技术。三、新能源汽车电驱动的发展方向2下一代电驱动系统的研究与开发研究目标：开发新一代电驱动总成系统，掌握产品设计、开发、生产的核心关键技术。主要研究内容：开展电机、减速装置、制动器和轮毂的一体化结构设计技术研究，研究高密度高效率控制技术、冷却与热管理技术、NVH技术、新结构新材料应用技术等。研究多相电机高密度高效率设计技术、电机驱动及控制技术、系统集成设计、热管理及容错技术等。研究机电耦合动力系统总成及其控制单元、电机协调控制技术、电机与变速箱结构集成及其附件设计、系统热分析预热管理系统设计等。研究电力电子集成封装与互联技术、机-电-热-磁多领域验证技术、层叠目排与电解电容/膜电容模块化结构设计技术、多功能全数字控制电路小型化与EMC技术、集成控制器多参量测试方法等。主要考核指标：重点考核系统和总成的功率密度、转矩密度、系统效率等关键技术指标的先进性和可行性，提供下一代电驱动系统样机，并完成相应的测试与评价，完成相关技术标准的提案等。以比亚迪秦为例，讲述新能源高压驱动系统模块一高压驱动系统指的是由动力电池为整车提供驱动力的一整套装置总称。提供电压电流到高压配电箱。一、动力电池包在车上的位置分配高压电流给电机控制器。二、高压配电箱在车上的位置1.将动力电池包提供的高压直流电逆变成高压交流电，通过三相线供给驱动电机，同时通过低压DC/DC转换器，将高压电转化为12V的低压电，为整车所有低压电器供电。三、电机控制器在车上的位置2.在起动电池亏电时，DC会给起动电池充电保证起动电池一直有电。三、电机控制器在车上的位置提供的动力转矩经传动系统的传递作用于驱动轮，促进车轮行驶。四、电机在车上的位置所有电压电流的传递。五、动力线在车上的位置以北汽EV160为例，讲述新能源高压驱动系统模块二启动车辆为车辆提供动力，并进行能量回收。一、电机动力分配；汽车加速时，驱动电机控制器根据相应油门信号增大输出给电机的电流，电机加速转动，增加转矩并通过传动系统驱动车轮加速行驶；反之汽车减速时，电机控制信号根据减速信号，将车轮在减速过程中的动能通过电机产生反向电动势回馈给动力电池。二、驱动电机控制器将电能转化为机械能传递车轮，促使车辆行驶。三、减速器总成能够冷却电机驱动系统部件，能保持电机驱动系统在适宜温度下工作。四、电驱冷却系统2.

“在规定的持续时间内，电机允许的最大输出功率”指的是（

）。峰值转矩峰值功率额定功率最高工作转速CBAD选择题1.下列不是电机控制器主要部件的是（

）。驱动单元控制单元功率单元电子控制器CBAD4.下列不属于新能源电动汽车对电机驱动系统要求是（

）。易实现转速超过10000r/min方便、高效地实现发电反馈起动力矩大且过载能力强运行平稳及可靠性高CBAD选择题3.“相应于电动汽车最高设计车速的电机转速”指的是（

）。额定转矩峰值转矩额定转速最高工作转速CBAD选择题5.下列不是交流异步电机驱动系统的组成是（

）。高压动力电池升压转换器H桥型电路电机CBAD填空题写出箭头所指部件的名称：电动汽车驱动总成技术研究现状1美国代表车型Model3电驱动总成Model3三合一集成电驱动系统采用平行轴T型结构。电机类型选用永磁同步电机，相比ModelS采用的异步电机，效率大幅提升，与ModelS相比，电池到车轮的驱动系统效率提高了6%。冷却设计上，电机和减速器采用油冷，逆变器采用水冷，提升电机性能，兼顾电池加热，提升了车辆适应冬季的性能。电机与减速器共用壳体深度集成，最高转速可达到17900r/min。Model3三合一电驱动总成重量90kg，峰值功率165kW,三合一总成功率密度达到1.83kW/kg。电动汽车驱动总成技术研究现状2欧洲代表车型第四代和第五代电驱动系统2014年，欧洲代表车型第四代电驱动总成搭载i3量产上市，电机、减速器、功率电子装置轻度物理集成；逆变器、DC/DC、充电机之间深度集成为功率电子装置。第四代电驱动总成驱动电机输出功率达到125kW，电机功率密度达到3.81kW/kg，电驱动总成重量80.5kg。与第四代总成相比较，第五代电驱动总成从轻量化、功率密度提升、成本降低、量产工艺和宽禁带半导体应用等五个方面做了提升。采用模块化架构设计，可适配不同车型的安装空间和功率要求；电机与减速器共用壳体，采用油冷电机设计；采用更紧凑设计、线圈制作更容易（插针绕组）；采用轻质铝合金制外壳电机，电机可扩充多种性能应用，降低了稀土材料应用比例，预计2020年量产。电动汽车驱动总成技术研究现状3日本代表车型B-Axle“三合一”驱动系统2017年9月日本电产宣布其研发的“三合一”驱动系统E-Axle量产上市，该电驱动系统采用平行轴品型机构，减速器速比11.2，最高输出转速达到1450rpm，最大轴端输出转矩3900Nm。电机输出功率达到150kW，三合一总重量达到83kg，总成功率密度达到1.81kW/kg。同时，采用电机及减速器共油冷设计，通过SplashCooling和FlowCooling二种油冷方式提升功率密度。采用圆导线精密排线高槽满率绕组工艺，缩短了线圈端部，高速涡流损耗低。电动汽车驱动总成技术研究现状4国内代表车企三合一平台国内代表车企比亚迪推出了e平台电驱动系统采用电机、控制器、变速器高度集成，拥有A+、A、B、C共4个平台化系列产品，使得不同功率的产品可快速开发并适配于不同车型，满足了A00、A0、A、B级等轿车对动力性加速和爬坡的需求。电动汽车驱动总成技术研究现状4国内代表车企三合一平台2018年，一汽奔腾X40EV搭载的CAM210PT1型电驱动系统采用三合一轴向