纯电动-混合动力汽车结构原理与检修 教案 4-2驱动电机控制器结构原理与检修

《驱动电机控制器（MCU/PEU）结构、原理与检修基础》教案（4学时版）一、课程基本信息项目内容课程名称《纯电动汽车、混合动力汽车结构原理与检修》授课任务任务2：驱动电机控制器结构、原理与检修基础授课对象中职/高职新能源汽车技术、汽车检测与维修专业学生课时安排4学时（180分钟）教学形式理论讲授+多媒体演示+IGBT模块/控制器实物观察+高压安全演练+小组案例分析二、教学目标（一）知识目标能描述驱动电机控制器（MCU）的核心功能（逆变、控制、通信、能量回收）；能区分两种主流类型：独立MCU（如北汽EV200）与集成式PEU/PCU（如荣威、帝豪）；能说明IGBT模块在直流-交流转换及能量回收中的核心作用；能列举控制器故障的常见原因（过温、传感器失效、线路故障）及保护逻辑。（二）能力目标能识别不同车型（北汽、荣威、比亚迪）控制器的安装位置与集成形态；能理解PWM信号如何控制IGBT通断以调节电机输出；能在指导下执行高压电流检测的安全准备流程；能通过故障指示灯和诊断信息初步判断控制器相关故障。（三）素养目标牢固树立“高压危险、严禁带电操作”的安全红线意识；培养系统集成思维：理解“四合一”电控总成的设计优势；强化规范操作习惯：掌握控制器更换前的必要断电与泄放步骤。三、教学重难点教学重点：驱动电机控制器的四大核心功能（逆变、控制、通信、回收）；IGBT模块作为“电力开关”的工作原理（DC→AC/AC→DC）；MCUvsPEU/PCU的结构差异与集成趋势（如比亚迪“四合一”）；控制器故障的典型表现（故障灯亮、车辆无法行驶）。教学难点：理解PWM（脉宽调制）信号如何精确控制IGBT导通时间以调节输出电压；掌握高压系统检修前的安全隔离与电容泄放流程；区分控制器本体故障与外围传感器/线路故障的诊断思路。四、教学准备教师准备：PPT课件（含MCU功能框图、IGBT结构图4-2-2、北汽EV200MCU图4-2-1、比亚迪“四合一”图4-2-12）；视频素材：IGBT工作原理动画、控制器拆装安全警示片；教具：

•IGBT功率模块（或高仿真模型）；

•驱动电机控制器外壳（展示水冷通道）；

•高压验电笔、绝缘手套、放电工装；

•万用表（用于低压信号测量演示）；学习任务单（含功能匹配、故障情景判断、安全流程排序）；安全警示标语：“警告：控制器内含高压直流母线，必须完全断电并泄放后方可操作！”学生准备：复习上节课驱动电机与旋变器知识；预习本任务文档中关于MCU功能、IGBT及故障检测的内容。五、教学过程设计（总时长：180分钟）教学环节教师活动学生活动时间设计意图1.情境导入

（故障切入）展示任务场景：“吉利帝豪纯电动车驱动电机故障灯点亮，车辆无法行驶。主管让你检测，可能哪里出问题？”

引出控制器角色：“它是电机的‘大脑’和‘电源开关’，一旦它罢工，车就动不了！”思考：控制器会因什么而故障？过热？进水？10分钟从真实工作任务出发，明确学习目标2.控制器功能与类型

（整体认知）（1）核心功能（15分钟）

-逆变：将电池DC→三相AC驱动电机

-控制：接收VCU指令，调节转速/扭矩/方向

-通信：向VCU反馈状态（温度、电流、故障）

-能量回收：将制动AC→DC回充电池

（2）类型与集成趋势（25分钟）

①独立MCU：仅控制电机（如北汽EV200，图4-2-1）

②集成PEU/PCU：MCU+DC-DC+其他（如荣威、帝豪）

③“四合一”高压电控（比亚迪e5，图4-2-12）：

驱动电机控制器+DC-DC+车载充电机+BDU

强调：集成化=降成本、省空间、提效率听讲、记录功能要点

完成“车型-控制器类型”匹配练习

讨论集成化的优势与挑战40分钟构建“功能-结构”认知框架；

了解行业技术发展趋势3.IGBT与控制原理

（核心突破）（1）IGBT作用（15分钟）

-核心电力电子器件

-双向转换：DC↔AC

-承担高低压转换

（2）工作原理（20分钟）

结合图4-2-2/3：

-动力电池DC输入IGBT模块

-VCU发送PWM信号至IGBT驱动电路

-IGBT按PWM规律高速开关（数千Hz）

-输出等效可调三相AC给电机

类比：像“高速水龙头”，通过开关频率控制“水流”（电压）大小

（3）能量回收路径

电机发电（AC）→IGBT整流→DC→电池观察IGBT模块结构

小组讨论：为什么需要高频开关？

绘制DC→AC能量流向简图35分钟揭示“电能转换”本质；

将抽象PWM概念形象化4.故障检测与安全规范

（重中之重）（1）常见故障原因（10分钟）

-温度过高（冷却不良）

-旋变/温度传感器失效

-高压/低压线路故障（虚接、短路）

-IGBT击穿

（2）检修方法（15分钟）

-优先使用诊断仪读取故障码

-目视检查：冷却液、线束、插头

-严禁非专业人员打开控制器外壳！

（3）高压安全操作（20分钟）

演示标准流程：

1.关闭点火开关

2.断开12V低压蓄电池负极

3.拔出高压维修开关（服务插销）

4.等待5–10分钟（电容泄放）

5.使用验电笔确认无高压

6.方可进行外围检测或更换观看安全操作视频

模拟“断电-验电”手势流程

填写《高压作业安全确认单》45分钟将“禁止”转化为“如何安全做”；

固化职业安全行为5.案例分析与总结

（整合应用）布置小组任务：

“分析‘车辆无法行驶+电机故障灯亮’的三种可能原因，并说明初步排查步骤。”

提示方向：控制器供电、旋变信号、过温保护。

课堂总结：

-MCU=电机的“大脑+电源”

-IGBT=电能转换的“高速开关”

-集成化是主流趋势（四合一）

-安全第一：断电、泄放、验电！

作业布置：

1.绘制驱动电机控制器能量流向图（驱动+回收）；

2.列出控制器更换前必须完成的5项安全准备工作。小组讨论并汇报排查思路

整理控制器核心知识点脑图20分钟培养故障诊断逻辑；

强化安全底线思维六、板书设计（简要）任务2：驱动电机控制器结构、原理与检修一、核心功能✓逆变：DC（电池）→AC（电机）✓控制：调速/调向/调扭矩✓通信：与VCU数据交互✓回收：AC（电机）→DC（电池）二、类型与集成•独立MCU：北汽EV200•集成PEU：荣威/帝豪（MCU+DC-DC）•“四合一”：比亚迪e5（MCU+DC-DC+OBC+BDU）三、IGBT工作原理•输入：动力电池高压DC•控制：VCU→PWM信号→IGBT开关•输出：可调三相AC•回收：反向整流⚠️安全红线：高压危险！检修前必须：断