纯电动-混合动力汽车结构原理与检修 教案 项目4 纯电动 混合动力汽车驱动电机及控制器检修

《驱动电机结构、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1：驱动电机结构、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+电机/旋变器实物或模型观察+冷却系统管路分析+小组探究二、教学目标（一）知识目标能说出纯电动汽车与混合动力汽车驱动电机的主要类型（永磁同步电机为主）；能描述比亚迪e5/e6动力总成的技术参数（功率、扭矩、转速、减速比等）；能说明旋转变压器（旋变器）的结构、工作原理及检测方法（线圈阻值）；能理解驱动电机与控制器冷却系统的功能、类型（风冷/水冷）及必要性。（二）能力目标能识别动力总成在前机舱的安装位置及基本组成（电机+单挡变速箱）；能根据技术参数表解读电机性能（如最大功率160kW@4929–12000rpm）；能使用万用表对旋变器进行初步电阻检测（正弦/余弦/励磁线圈）；能区分比亚迪（水冷）与丰田（ATF油冷）等不同车型的电机冷却方式。（三）素养目标强化高温风险意识：理解永磁体高温退磁的危害，认识冷却系统的重要性；培养精密元件保护意识：旋变器为高精度传感器，严禁野蛮拆装；树立系统集成思维：理解电机、电控、减速器一体化设计的优势。三、教学重难点教学重点：比亚迪e5/e6动力总成的核心技术参数及其含义；旋转变压器的结构（励磁C、正弦+S、余弦-S）与工作原理（角度→电压信号）；旋变器线圈标准阻值（正/余弦16Ω±1Ω，励磁8Ω±1Ω）；电机冷却的必要性：防止永磁体高温退磁。教学难点：理解旋变器如何通过两个从动线圈信号的比较确定转子精确角度、转速和方向；掌握开环控制易失步，因此必须依赖旋变器实现闭环控制的逻辑；区分不同类型冷却方式（比亚迪水冷vs丰田ATF油冷）的结构差异。四、教学准备教师准备：PPT课件（含动力总成图4-1-6/7/8、旋变器结构图4-1-9/10/11、丰田MG电机图4-1-12至4-1-16）；表格素材：比亚迪e5动力总成技术参数表（表4-1-3）；教具：

•永磁同步电机剖面模型或实物；

•旋转变压器样品及线束连接器；

•数字万用表；

•冷却系统示意图（标注水冷回路/ATF油路）；学习任务单（含参数解读、旋变检测、冷却方式匹配）；安全提示卡：“旋变器为精密部件，拆装需专用工具，严禁敲击！”学生准备：复习电磁感应、三相交流电基础知识；预习本任务文档中的电机类型、旋变器及冷却系统内容。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

（聚焦核心）展示故障现象：“车辆加速无力，报‘电机位置信号故障’。可能哪里坏了？”

引出驱动电机与旋变器的关键作用：“没有它，电机就像‘盲人开车’！”思考：电机如何知道该往哪转？转多快？10分钟从典型故障切入，突出传感器重要性2.驱动电机类型与结构

（整体认知）（1）主流类型（10分钟）

-纯电/混动主流：三相交流永磁同步电机（PMSM）

-优势：高效率、高功率密度

（2）比亚迪动力总成详解（20分钟）

结合图4-1-6/7/8讲解：

-电机+单挡变速箱=动力总成

-安装于前机舱

-转子内花键与变速箱输入轴外花键配合

解读表4-1-3参数：

•最大功率160kW（高速段）

•最大扭矩310N·m（低速段）

•最高转速12000rpm

•减速比9.342听讲、记录关键参数

完成“参数-性能”匹配练习（如高扭矩=强加速）40分钟建立“结构-性能”关联；

用真实数据增强感知3.旋转变压器深度解析

（核心突破）（1）为何需要旋变器？（10分钟）

-永磁同步电机开环易失步→必须闭环控制

-需实时检测转子磁极位置

（2）结构与原理（20分钟）

结合图4-1-10/11：

-组成：励磁线圈(C)、正弦(+S)、余弦(-S)、金属转子

-工作：控制器输出5VAC励磁→转子调制磁场→两从动线圈感应电压

-控制器比较+S/-S信号→精确计算角度、转速、方向

（3）检测方法（10分钟）

-标准阻值：

•正弦：16Ω±1Ω

•余弦：16Ω±1Ω

•励磁：8Ω±1Ω

-使用万用表测量线束连接器对应端子观察旋变器实物/模型

小组讨论：为什么需要两个信号（正弦+余弦）？

模拟万用表测量步骤40分钟揭示“角度→电信号”转换本质；

掌握基础检测技能4.冷却系统与混动特色

（拓展对比）（1）冷却必要性（10分钟）

-电机/控制器工作发热

-高温导致永磁体退磁→永久损坏

-必须有效散热

（2）冷却方式（10分钟）

-风冷：靠自然风/散热片（简单，散热弱）

-水冷：主流方案（高效，可集成加热）

（3）丰田混动电机特色（10分钟）

结合图4-1-12至4-1-16：

-结构：MG1（发电机）+MG2（驱动电机）+行星齿轮

-冷却：利用ATF自动变速器油冷却绕组

-绝缘：650V高压下加强相间绝缘对比比亚迪（水冷）与丰田（ATF油冷）差异

分析“V型”永磁体如何提升扭矩30分钟拓宽技术视野；

理解不同技术路线5.安全规范与小结

（职业底线）强调：

-旋变器为高精度部件，拆装需专用工具，严禁敲击或拉扯线束；

-检修前必须断开高压电源并等待电容放电；

-冷却液更换需使用指定型号（如SAE80W-90）。

课堂总结：

-驱动电机=高效动力源

-旋变器=电机“眼睛”，提供精确位置

-冷却系统=电机“生命线”，防退磁

-检修原则：轻拿轻放，规范检测

作业布置：

1.绘制旋变器工作原理简图，标注信号流向；

2.列出比亚迪e5动力总成5项关键技术参数及其意义。复述旋变器保护要点

整理电机-旋变-冷却系统知识链20分钟强化精密元件保护意识；

固化核心知识六、板书设计（简要）任务1：驱动电机结构、原理与检修一、电机类型与参数（比亚迪e5）•类型：三相永磁同步电机（PMSM）•最大功率：160kW（4929–12000rpm）•最大扭矩：310N·m（0–4929rpm）•最高转速：12000rpm•减速比：9.342二、旋转变压器（旋变器）✓作用：检测转子角度、转速、方向✓结构：励磁(C)+正弦(+S)+余弦(-S)+金属转子✓原理：磁场调制→电压信号→控制器解算✓检测：正/余弦16Ω±1Ω，励磁8Ω±1Ω三、冷却系统•必要性：防永磁体高温退磁！•方式：风冷（简单）/水冷（主流）•丰田特色：ATF油冷却绕组⚠️安全规范：旋变器严禁敲击！检修先断高压！七、教学反思（课后填写）（此处由教师课后填写，例如：学生对旋变器双信号原理理解较抽象，下次可引入正余弦波形叠加动画；万用表实测环节参与度高，但需强调“断电测量”前提；丰田ATF冷却系统引发兴趣，可延伸介绍其THS混动协同优势。）《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/