新能源汽车电机驱动系统 课件 模块一 电机驱动系统基础知识

驱动电机基础知识新能源汽车电机驱动系统CONTENTS目录了解新能源汽车驱动电机的发展历史掌握电机的基本知识掌握电传动系统典型结构新能源汽车驱动电机的发展历史01驱动电机发展历史1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流磁效应；1821年法拉第发现通电的导线能绕永久磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换；1822年法国的阿拉戈盖吕萨克发明电磁铁；1825年斯特金（W.sturgeon）用16圈导线制成了第一块电磁铁；1831年亨利试制出了一块更新的电磁铁；驱动电机发展历史1832年斯特金发明了换向器；1832年法国的皮克西在巴黎公开了一台永久磁铁型旋转式交流发电机；1845年英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁并取得专利权；1854年丹麦的赫尔特发明了自激式电机；1857年英国的惠斯通发明了自激电磁铁型发电机；1860年意大利的L奇诺蒂发明了齿状电枢；1865年意大利物理学家帕斯努梯发明了环状发电机电枢；驱动电机发展历史1873年英国詹麦克斯韦完成了经典电磁理论基础《电和磁》；1875年比利时Z.丁.格拉姆将改造后的发电机安装在法国巴黎北火车站发电厂，该厂是世界第一座火电厂；1880年爱迪生观察到用异片铁芯可以减少温升和能耗；1889年多利沃—多布罗沃利斯基提出了两相制71制成鼠笼式交流异步电动机；1902年瑞典工程师月尼尔森首先提出同步电动机构想。电机的基本知识02电机的基本知识通过有效的控制策略将动力电池提供的直流电转化为交流电，实现电机的正转以及反转控制。在减速/制动时将电机发出的交流电转化为直流电，将能量回收给动力蓄电池或者提供给超级电容等储能设备供给二次制动使用1、驱动电机系统电机的基本知识将电能转换成机械能为车辆行驶提供驱动力的电气装置，该装置也可具备机械能转化成电能的功能2、驱动电机电机的基本知识控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置，由控制信号接口电路，驱动电机控制电路和驱动电路组成。3、驱动电机控制器电机的基本知识：驱动电机系统的直流输入电压5）额定电压：直流母线的标称电压。6）最高工作电压：直流母线电压的最高值。4、直流母线电压TITLE电机术语和定义1）4）7）输入输出特性：表示驱动电机、驱动电机控制器或驱动电机系统的转速、转矩、功率、效率、电压、电流等参数间的关系。8）持续转矩：规定的最大、长期工作的转矩。9）持续功率：规定的最大、长期工作的功率。10）工作电压范围：能够正常工作电压范围。11）转矩-转速特性：转速特性一般是形容频率的曲线，转矩特性确定电压上升的曲线。12）峰值转矩：该电机可以达到的并可以短时工作而不出现故障的最大转矩值。13）堵转转矩：当机械设备转速为零（堵转）时的力矩。14）最高工作转速：达到最高功率而呈现出来的最高速度。TITLE2.电动汽车驱动电机分类驱动电机分为有刷电机和无刷电机；有刷电机分为永磁直流电机和直流电机，其中直流电机又分为串励直流电机、并励直流电机、他励直流电机；无刷电机又分为异步电机、同步电机、永磁无刷电机和开关磁阻电机，其中异步电机又分为感应式和绕线式，同步电机分为电励磁式、永磁同步、磁阻式。03电传动系统典型结构NEWENERGYVEHICLETITLE1.电动汽车驱动形式传统驱动布置形式：结构复杂、效率低，不能充分发挥驱动电动机的性能。现在纯电动汽车很少采用这种布置形式。电动机与驱动桥组合驱动布置形式：机械传动机构紧凑，传动效率较高，便于安装。但这种布置形式对驱动电动机的调速要求较高。按传统汽车的驱动模式来说，可以有驱动电动机前置-驱动桥前置或驱动电动机后置-驱动桥后置两种方式。这种驱动系统布置形式具有良好的通用性和互换性，便于在现有的汽车底盘上安装，使用、维修也较方便。电动机与驱动桥集成驱动系统布置形式：把电动机、固定速比减速器和差速器集成为一个整体，并与驱动轴同轴，通过两根半轴驱动车轮，称为电动机与驱动桥集成式驱动系统。轮边电动机驱动布置形式：每个电机的转速可以独立地调节控制，通过电子差速器来解决左右半轴的差速问题，使得电动汽车更加灵活，在复杂的路况上可以获得更好的整车动力性能，由于采用电子差速器，传动系体积进一步减小，节省了空间，质量也进一步减轻，提高了传动效率。轮毂电机：把电动机设计成饼状，直接安装在车轮的轮毂中，称这种电机为轮毂电机，电机一端直接与车轮毂固定，另一端直接安装在悬架上。此种布置形式进一步缩短了电机和车轮之间的机械传动距离，进一步节省了空间。TITLE3.驱动电机型号命名电机控制系统一般由电动机、功率变换器、传感器和控制器组成。2.电机驱动系统结构组成驱动电机型号由驱动电机类型代号、尺寸规格代号、信号反馈元件代号、冷却方式代号、预留代号五部分组成。谢谢观看THANKSFORWATCHING驱动电机系统的结构CONTENTS学习目标1、了解驱动电机基本结构2、了解驱动电机控制器的功能3、能进行驱动电机的结构分析能力NEWENERGYVEHICLENEWENERGYVEHICLENEWENERGYVEHICLE01驱动电机基本结构NEWENERGYVEHICLE新能源电动汽车的驱动电机系统主要由驱动电动机（DM）和电机控制器（MCU）组成，电机系统通过高低压线束、冷却管路与整车其它系统进行连接。驱动电机是车辆的唯一动力源向外输出扭矩，驱动车辆前进或后退。根据车辆不同的运行状态，新能源汽车的驱动电机具有电力驱动和能量回收两种工作模式。当车辆采用电力驱动时，动力电池的高压直流电输送至电机控制器，电机控制器将直流电转换为交流电输送给驱动电机，电机运转时产生的扭矩传递给驱动轮使车辆行驶。新能源汽车驱动电机除了常见的定子、转子外，还有冷却水道、旋转变压器、高压接线盒等其他部件。在再生能量阶段，通过车轮的旋转带动电机转动。此时电动机转为发电机的功能，由电机控制器将电机产生的交流电转为直流电，然后向动力电池充电。02驱动电机控制器的功能NEWENERGYVEHICLETITLE电机控制器是驱动电机系统的控制中心，又称智能功率模块，通常简称为MCU。MCU的主要功能是控制电机的旋转速度、旋转方向以及再生能量回收。此外，电机控制器还要对电流传感器、电压传感器、温度传感器等输入信号进行处理，并将驱动电机系统的运行状态通过CAN总线发送给整车控制器。谢谢观看THANKSFORWATCHING驱动电机系统的关键技术CONTENTS学习目标1、掌握驱动电机系统结构组成2、掌握电机驱动系统关键技术4、能够掌握电机驱动系统前进和能量回收的过程和原理NEWENERGYVEHICLENEWENERGYVEHICLENEWENERGYVEHICLE3、能够掌握电机驱动系统的结构组成和工作原理01电机控制系统组成及功用NEWENERGYVEHICLE驱动电机控制系统是电动汽车三大核心之一，是车辆行驶的主要执行机构，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。电机控制系统由动力总成（驱动电动机（DM））、高压配电设备、电机控制器（MCU）、高低压线束和相关传感器等组成。整车控制器（VCU）根据驾驶员意图发出各种指令，电机控制器响应并反馈，实时调整驱动电机输出。电机控制器主要功能如下：①怠速控制（爬行）；②前进；③倒车；④交流转直流；⑤驻坡；⑥通信和保护驱动电机控制器是电机系统的控制中心（智能功率模块），以IGBT（绝缘栅双极型晶体管）模块为核心，辅以驱动集成电路、主控集成电路，故障诊断电路。驱动电机控制器内含传感器用来提供驱动电机系统的工作信息，包括：电流传感器；电压传感器；温度传感器。驱动电机系统工作必须满足以下条件：①高压电源输入正常（一般绝缘性能大于20MΩ）；②低压12V电源供电正常（电压范围9~16V）；③与整车控制器通讯正常；④电容放电正常；⑤旋变传感器信号正常；⑥三相交流输出电路正常电机及电机控制器温度正常，开盖保持开关信号正常。电机控制器主要由：接口电路、控制主板、IGBT模块（驱动）、超级电容、放电电阻、电流感应器、壳体水道等组成。02电机控制系统高压电路NEWENERGYVEHICLETITLE1.通常纯电动汽车整车共分为5段高压线束。1）动力电池高压电缆：连接动力电池到高压盒之间的线缆。2）电机控制器电缆：连接高压盒到电机控制器之间的线缆图。3）快充线束：连接快充口到高压盒之间的线束。4）慢充线束：连接慢充口到车载充电机之间的线束。5）高压附件线束。03工作原理NEWENERGYVEHICLE1.电机控制器的工作原理在驱动电机系统中，驱动电机的输出动作主要是靠控制单元给定命令执行，即控制器输出命令。控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频率可调的三相交流电，供给配套的驱动电机使用；其通过有效的控制策略，控制动力总成以最佳方式协调工作。2.驱动过程工作原理当电机驱动车辆前行或倒退时，动力电池通过PDU将高压直流电流向电机控制器，电机控制器将动力电池的高压直流电逆变为三相交流电，供给驱动电机，驱动车辆。3.能量回收过程工作原理当车辆减速或制动时，驱动电机转变为发电机，向电机控制器输送三相交流电，电

机控制器将驱动电机输送过来的三相交流电正流成稳定的直流电，再通过高压控制盒，

输送到动力电池，为动力电池充电。4.电机控制系统工作原理电机控制系统以驾驶人的操作意图为输入，经整车控制器（VCU）转换成控制信号提供给电机控制器，电机控制器响应并反馈，控制电机的输出转矩，从而使电动汽车以驾驶人预期的状态行驶。当电机控制器同时收到制动和加速信号，则以制动信号优先。当车辆驱动行驶时，电驱系统可将储存在动力电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速或制动时，将车轮的机械能转化为电能充入动力电池，前者是将电能转化为机械能，后者是将机械能转化为电能。在能量转换和传递的过程中驱动电机和电机控制器会产生大量的热，电驱冷却系统可将热量及时带走，使它们始终处于正常的温度范围。5.汽车减速/制动状态（机械能转化为电能）：当车辆减速/制动的时候车辆能够进行能量回收，此时电动机转变为发电机，将车辆一部分的机械能转化为电能。与此同时，电机控制器接收整车控制器的控制信号，将输入的三相交流电整流为直流电储存到动力电池中，如图所示。能量回收模式的条件是：档位置于D/E位置驾驶时，松开加速踏板或踩下制动踏板。谢谢观看THANKSFORWATCHING高压安全防护用具CONTENTS学习目标1、高压安全警告标识2、个人安全防护装备-绝缘手套3、个人安全防护装备-护目镜4、个人安全防护装备-绝缘安全鞋5、个人安全防护装备-绝缘安全帽6、个人安全防护装备-非化纤工作服7、灭火器01高压安全警告标识NEWENERGYVEHICLE在高压维修工位或车辆、高压部件附近放置明显的警告标识，防止无关人员进入工位或触摸高压部件，发生触电事故。02个人安全防护装备NEWENERGYVEHICLE个人安全防护装备-绝缘手套拆卸及安装高压部件的时候使用。绝缘手套具备两种性能：能够承受1000V以上的工作电压。是具备抗酸碱性个人安全防护装备-护目镜护目镜除了正面防护眼睛外，应该具有侧面防护功能，防止维修过程中产生的电火花，以及动力电池的电解液对眼睛的伤害。护目镜使用前应检查外观是否破损。个人安全防护装备-绝缘安全鞋绝缘安全鞋作用是使人体与地面绝缘，防止电流通过人体与大地之间构成通路，对人体造成电击伤害,把触电时的危险降低到最小程度，因为触电时电流是经接触点通过人体流入地面的，所以高压电气作业时不仅要戴绝缘手套，还要穿绝缘安全鞋。个人安全防护装备-绝缘安全帽在举升车辆，拆卸及安装动力电池时应戴绝缘安全帽，保护头部安全。使用前应检查外观是否破损，固定装置是否正常。个人安全防护装备-非化纤工作服维修高电压系统时，必须穿非化纤类（纯棉等非化工合成材质）的工作服。化纤类的工作服会产生静电，并且当发生火灾事故时，化纤会在高温环境下粘连人体皮肤，导致维护人员产生严重的二次伤害。03灭火器NEWENERGYVEHICLE不同国家和地区对灭火器的分类略有不同，但基本上是按火灾的种类分类。A类（ClassA）：含碳可燃固体之火警，如木、草、纸张、塑胶、橡胶；B类（ClassB）：可燃液体之火警，如汽油、柴油、油、机油；C类（ClassC）：可燃气体之火警，如石油气、天然气、乙炔、甲烷；D类（ClassD）：可燃固体金属之火警，如镁、铜、铁、铝；E类（ClassE）：通电物体之火警，指带电物体和精密仪器等设备的火灾。从电动汽车的火灾类型来说，属于E类火灾，需要使用满足电气绝缘要求的灭火器来扑灭。灭火器应该根据实际的条件使用。注意绝对不能用酸碱或泡沫灭火器，因其灭火药液有导电性。而且酸碱药液会强烈腐蚀电器设备，事后不易清除。谢谢观看THANKSFORWATCHING触电对人体的伤害CONTENTS学习目标掌握触电危害人体的影响因素影响触电后果的因素电流种类、电源频率

人体电阻高低的影响01NEWENERGYVEHICLE掌握触电危害人体的影响因素触电伤害表现为多种形式。电流通过人体内部器官，会破坏人的心脏、肺部、神经系统等，使人出现痉挛、呼吸窒息、心室纤维性颤动、心跳骤停甚至死亡。电流通过体表时，会对人体外部造成局部伤害，即电流的热效应、化学效应、机械效应对人体外部组织或器官造成伤害，如电灼伤、金属溅伤、电烙印。02NEWENERGYVEHICLE影响触电后果的因素通过人体的电流越大、热的生理反应和病理反应越明显，引起心室颤抖所需的时间越短，致命的危险性越大。在一般情况下，以30mA为人体所能承受而无致命危险的最大的电流，即安全电流。电流通过人体的持续时间越长，人体电阻由于出汗、击穿、电解而下降，体内积累局外电能越多，中枢神经反射越强烈，且可能与心脏易损期重合，对人体的危险性越大。电力流流经心脏回应器心室颤抖而致死。较大的电流还会使心脏即刻停止跳动，在通电途径中，以从手胸到脚的通路最为危险，从一只脚到另一只脚的危险性较小。电流纵向通过人体要比横向通过人体时，更容易发生心室颤抖，因此危险性更大一些。电路通过中枢神经系统时，会引起中枢神经系统失调而造成呼吸抑制，导致死亡。电流通过头部，会使人昏迷，严重时会造成死亡。03NEWENERGYVEHICLE电流种类、电源频率和人体电阻高低的影响相对于220V交流电来说，常用的50~60Hz工频交流电对人体的伤害最为严重，频率偏离工频越远，交流电对人体伤害越轻。在直流和高频情况下，人体可以耐受更大的电流值，但高压高频电流对人体依然是十分危险的。人体触电时，流过人体的电流(当接触电压一定时)有人体的电阻值决定，人体电阻越小，流过人体的电流越大，也就越危险。人体电阻包括体内电阻和皮肤电阻。体内电阻基本上不受外界影响，其数值一般不低于500Ω。皮肤电阻岁条件不同而有很大的变化，使人体电阻也在很大范围内有所变化。一般人的均匀电阻值是1000~1500Ω。谢谢观看THANKSFORWATCHING高压触电急救方法CONTENTS学习目标1.能够描述人体触电的基本形式；2、能够描述触电后的急救基本理论与方法3、能够执行触电事故的处理与急救。直流电与交流电都会对人体产生伤害，但是交流电对人体伤害的程度约只有直流电的一半，是因为直流电对电阻的瞬间冲击性明显高于交流。但是，由于交流电存在50Hz的交变频率，其交变系数接近于人体的心脏跳动频率，很容易导致心脏跳动紊乱，因此，也有人认为交流电的危害更甚于直流电。TITLE人体为什么会触电TITLE如果发生了触电事故，应该如何处理？如果不幸发生了人员触电事故，援救触电事故中受伤人员时，救援人员自身的安全是第一位的，绝对不要去触碰仍然与电压有接触的人员。人体触电以后，抢救触电者的首要步骤就是使触电者尽快脱离电源。在进行施救的同时，应立即拨打120急救电话，获取专业的救援。当触电者脱离电源后，应根据触电者的具体情况迅速对症救护，力争在触电后1分钟内进行救治。根据国内外的急救资料表明，触电后在1分钟内进救治的，90％以上有良好的效果，而超过12分钟再开始救治的，基本无救活的可能。现场应用的主要方法是口对口人工呼吸和体外心脏挤压法，严禁打强心针。TITLE常用的触电急救方法情形1：神志尚清醒，但心慌力乏，四肢麻木一般只需将其扶到清凉通风之处休息，让其自然慢慢恢复。但要派专人照料护理，因为有的病人在几小时后会发生病变而突然死亡。情形2：有心跳，但呼吸停止或极微弱应该采用口对口人工呼吸法进行急救。可按下述口诀进行，频率是每分钟约12次。清理口腔防堵塞，鼻孔朝天头后仰；贴嘴吹气胸扩张，放开口鼻换气畅。情形3：有呼吸，但心跳停止或极微弱应该采用人工胸外心脏挤压法来恢复病人的心跳。可以按下述口诀进行，频率是每分钟约60-80次。当胸一手掌，中指对凹膛；掌根用力向下压，压下突然收。情形4：心跳、呼吸均已停止者该类人员的危险性最大，抢救的难度也最大。应该把以上两法同时使用，亦即采用“心肺复苏”的方法。心肺复苏是指对早期心跳呼吸骤停的患者，通过采取人工循环、人工呼吸、电除颤等方法帮助其恢复自主心跳和呼吸。高压触电以后，会短时间让人体心脏骤停，恰当的、第一时间心肺复苏可以成功挽救80%以上的触电人员生命。谢谢观看THANKSFORWATCHING驱动电机高压绝缘检测CONTENTS学习目标1、新能源汽车驱动电机的作用和工作原理2、能正确使用安全防护用品，按技术标准对驱动电机进行检查与维护3、能在工作过程中，注重安全、环保、节约意识，为车主提供合理用车建议。01检查驱动电机注意事项NEWENERGYVEHICLETITLE检查驱动电机注意事项（1）检查驱动电机控制器时一定要断开高低压电，断开插接件时注意安全。（2）对纯电动汽车高压部件进行维护作业前，必须做好高压安全防护准备。（3）佩戴绝缘手套。（4）穿防护鞋、工作服等。（5）手腕、身上不能佩戴金属物件，如金银手链、戒指、手表、项链等物品。02操作步骤NEWENERGYVEHICLE操作步骤1.检查高压电控总成表面是否有油渍污垢2.检查高压电控总成冷却水管、接头处，检查高压电控总成冷却水管、接头处是否有渗漏3.检查高压电控总成连接器及插接件，检查DC-DC充电输出端连接器是否正常，检查交、直流充电插接件是否紧固，检查驱动电机连接器是否紧固，检查空调系统连接器及低压插件是否正常，检查驱动电机控制器附件高压线束有无老化、裂纹现象。4.清洁高压电控总成，用高压气枪或干布清除高压电控总成表面的灰尘、油泥，严禁使用水枪对驱动电机及高压部件喷水清洗。谢谢观看THANKSFORWATCHING电机控制器的类型及构造CONTENTS学习目标NEWENERGYVEHICLENEWENERGYVEHICLENEWENERGYVEHICLE了解电机控制器的组成了解电机控制器的功能熟悉电机控制器工作条件01电机控制器的组成NEWENERGYVEHICLETITLE组成接口电路控制主板IGBT模块超级电容放电电阻电流感应器壳体水道02NEWENERGYVEHICLE电机控制器的功能功能控制主板的功能与整车控制器通讯检测直流母线电流控制IGBT模块监控高压线束链接情况5.反馈IGBT模块温度6.炫变传感器电磁供电7.炫变信号分析8.信息反差03NEWENERGYVEHICLE电机控制器工作条件TITLE工作条件谢谢观看THANKSFORWATCHING电机控制器的拆装CONTENTS学习目标NEWENERGYVEHICLENEWENERGYVEHICLENEWENERGYVEHICLEHEV冷却液系统组成更换HEV系统冷却液技术要求与主意事项TI