新能源汽车技术电子教案 电机及电机控制器

备课纸课题：电机及电机控制器（二）目的要求：理解整流电路、逆变电路、斩波电路、DC/DC电路的工作原理；重点难点：逆变电路的工作原理。教学方法：讲授法教具：多媒体课件和视频授课班级：授课时间：十五周周一5-8节课后分析：有了上次课的了解，学习对本次的学习很容易理解。教学活动具体安排授课主题具体内容时间（分）第一、二节课一、新能源汽车概述整流的作用；202.整流电路的工作原理；20逆变电路的作用；202.逆变电路的工作原理。20第三、四节课二、电动汽车概述IGBT的工作原理；402.IGBT的特点及应用。40主要内容教学方法注释主要内容：三相逆变过程变频器图1所示为电动汽车电动机“逆变”控制原理图，数字信号处理器（DSP）接收变压器信号，信号经DSP的三个信号(CAP/IOPA3、4、5)捕捉端口进入，经过控制策略的处理后，再输给DSP内部的ePWM模块（ePWM模块为DSP内部专门为驱动电动机开发输出多段脉冲波的模块）形成六路PWM脉冲波，脉冲波经光电隔离电路和反相驱动电路后接入开关管V1~V6的控制栅极（G）。图1电动汽车电动机变频控制原理图电流导通方式两两导通为了便于说明以“两两导通”为例，电动机转动以60°出现一次换流，图2所示为电动机定子的“两两通电”控制方式。图2电动机定子的“两两通电”控制方式（IGBT管换流）“两两导通”工作原理如下：以电动机转子在0°为始点，先让V1导通120°电角度，在这期间V4先导通60°，电流先经V1→U相→V相→V4流至蓄电池负极。控制V4截止，再控制V6导通60°电角度，电流先经V1→U相→W相→V6流至蓄电池负极。电动机转动120°，距始点为120°。以电动机转子在120°为始点，让V3导通120°电角度，在这期间V2先导通60°，电流先经V3→V相→U相→V2流至蓄电池负极。控制V2截止，再控制V6导通60°电角度，电流先经V3→V相→W相→V6流至蓄电池负极。电动机转动120°，距始点为240°。以电动机转子在240°为始点，让V5导通120°电角度，在这期间V2先导通60°，电流先经V5→W相→U相→V2流至蓄电池负极。控制V2截止，再控制V4导通60°电角度，电流先经V5→W相→V相→V4流至蓄电池负极，电动机转动120°，距始点为360°，完成一个圆周运动。三三导通每一瞬间有三只功率管通电，每60°电角度换相一次（图3），每只功率管通电180°电角度。对于三三通电方式，每一瞬间有三只功率管导通，每隔60°电角度换相一次，每一功率管通电180°电角度。每隔60°电角度换相一次意味着每隔60°电角度合成转矩方向转过60°电角度，合成转矩大小为1.5倍的转矩。图3电动机定子的“两两通电”控制方式（IGBT管换流）定时和定量控制电机解角传感器电动机转子初始角功率管的换相信号需要从电动机转子位置传感器的状态得出，换相时刻也就是相序信号状态改变的时刻。因此电动机转子位置和三相绕组相对关系对于电动机的正确方向运行非常重要。电动机转子位置传感器分为有传感器型和无传感器型两种，电动机位置传感器也是电动机转子转速传感器，由于表达过余冗长，一般称为电动机解角传感器。电动机转子转速和位置识别有位置传感器型永磁直流无刷电动机位置传感器是组成无刷直流电动机系统的三大部分（电动机、逆变器、位置传感器）之一，也是区别于有刷直流电动机的主要标志。其作用是检测电动机转子在运动过程中的位置，将转子磁极的位置信号转换成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，以控制功率管的导通与截止，使电动机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换向，形成气隙中的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断地旋转。安装时转子位置传感器有偏差，可能造成不正确的导通角，不正确的导通角偏差会引起电动机额外的损耗。通常位置和速度类传感器的种类一般有霍尔式、电磁式、光电式、磁敏式、旋转变压器式五种。但从抗温度影响、抗污染、抗振动方面，目前霍尔式和旋转变压器式有着广泛的应用，特别是旋转变压器式的应用更广泛。无位置传感器型三段式起动法：电动机静止时的转子停留的位置决定了逆变器第一次应触发哪两个功率管，而在没有位置传感器时判断转子初始位置很复杂。可以先让逆变器任意两相导通，并控制电动机电流，通电一段时间后，转子就会转到与该导通状态相对应的一个预知位置，完成转子的定位。转子定位后，根据驾驶人换挡杆的位置（D或R），就可知道接下来应触发的逆变器功率器件。基于以上这种想法人们提出了三段式起动法。三段式起动法是信号发生器控制同步电动机的运行状态从静止开始加速，直至转速足够大产生可识别的反电势信号，再切换至反电势法控制无刷电动机运行状态，实现电动机起动。这个过程包括转子定位、加速和运行状态切换三个阶段，所以也称“三段式起动法”。课题：高压线束及其他部件目的要求：1.了解高压线束的分布，车载充电机及DC/DC的主要作用及工作原理；2.理解高压互锁的作用；重点难点：理解高压互锁的作用。教学方法：讲授法教具：多媒体课件和视频授课班级：授课时间：十五周周四1-4节课后分析：学习对安全系统有了充分的理解。教学活动具体安排授课主题具体内容时间（分）第一、二节课一、高压线束的分布二、DC-DC转化器1.电动汽车高压部件及组成；202.高压电缆；203.IGBT驱动电路功能；204.电隔离功能。20第三、四节课三、高压互锁1.IGBT的失效机制；302.IGBT失效原因分析；303.IGBT保护方法。20主要内容教学方法注释要内容：第一部分高压线束的分布通过下图讲解高压电缆的分布第二部分DC-DC转换器一、什么是什么是DC/DC转换器DC/DC（DirectCurrent，DC）转换器是直流/直流转换器的缩写。燃油车和电动汽车的辅助子系统两者的主要区别在于，燃油车的辅助蓄电池由与发动机相连的交流发电机来充电，而电动汽车的辅助蓄电池则由主电源通过DC/DC转换器来充电。电动汽车或混合动力汽车中用来推动电动机转动的能量来自于动力蓄电池，动力蓄电池为数块电池串联，电压较高，所以又称高压电源。二、DC-DC转换器的功能降压转换器升压转换器（1）对动力电池电压进行升压。采用DC/DC转换器将蓄电池高压升为更高的直流电压来驱动电动机，可提高系统的工作效率。（2）对12V铅酸电池进行升压。在高压蓄电池容量不能驱动汽车时，为了让汽车能开离路面，防止阻塞交通。而采用DC/DC转换器将12V/24V铅酸蓄电池电压升为高压锂离子（或镍氢蓄电池）蓄电池的电压来驱动电动机。三、丰田普锐斯的单向DC/DC转换器如图所示，车辆的辅助设备，如车灯、音响系统、空调系统（除空调压缩机）和ECU，它们由DC12V的供电系统供电。由于第二代混合动力普锐斯发电机输出额定电压为DC201.6V，因此，需要转换器将这个电压降低到DC12V来为备用蓄电池充电。这个转换器安装于变频器的下部。第三部分高压互锁高压互锁的定义在ISO国际标准《ISO6469-3:2001电动汽车安全技术规范第3部分：人员电气伤害防护》中，规定车上的高压部件应具有高压互锁装置，但并没有详细地定义高压互锁系统。高压互锁，也指危险电压互锁回路（HVILHazardousVoltageInterlockLoop）：通过使用电气小信号，来检查整个高压产品、导线、连接器及护盖的电气完整性（连续性），识别回路异常断开时，及时断开高压电。高压互锁的组成互锁信号回路高压互锁信号回路包括两部分，如图2中黑线和虚线所示。互锁监测器监测器分为两类，一种用于监测高压连接器连接是否完好，另外一种用于监测高压部件的保护盖是否开启。自动断路器自动断路器（也称正极、负极接触器）为互锁系统切断高压源的执行部件，形式类似于继电器。在高压互锁系统识别到危险情况时，能否正确断开高压源是非常关键的，所以自动断路器对高压互锁的作用影响相当大，其如何设置需参照以下原则。1）自动断路器需要尽可能地接近电池包（高压源），以减少在断电时候继续蓄能的电路。

2）自动断路器的初始状态应该是常开的状态，需要控制器给予安全信号方能闭合，以避免高压线路误接通。

3）复位自动断路器应要求操作者施加额外的信号，需其确认当有贫为已消除高压危险的情况方能复位。

4）自动断路器应具有自诊断的能力，将其内部的故障检测出来并予以显示，如果不能正常工作，则整车需要特殊处理（停车或报警）。

5）自动断路器即使是在出现供电电压过低的情况下也应能操作。

6）自动断路器需要提供一个输出信号，提前通知其他用电负载，使之能在断电之前有提前响应的时间。

7）行驶过程中等特殊情况不能强行断开。课题：实训一：新能源汽车认识目的要求：1.了解电动汽车、混合动力汽车的主要结构，各总成在车辆的安装位置；电动汽车仪表各指示灯的含义。2.掌握高压降压方法，电动汽车充电方法，新能源汽车操作方法。重点难点：新能源汽车的主要功能和使用方法教学方法：实训法教具：授课班级：授课时间：十五周周四5-8节课后分析：通过实训，学生对新能源汽车有了感性的认知。和体会。教学活动具体安排授课主题具体内容时间（分）第一、二节课一、实训项目1：东风启辰晨风的认识及使用二、实训项目2：丰田普锐斯的认识及使用1.仪表及指示灯认识202.换挡杆操作认识201.仪表及指示灯认识202.换挡杆操作认识20第三、四节课三、实训项目3：比亚迪秦的认识及使用永磁无刷电机的结构和工作原理1.仪表及指示灯认识402.换挡杆操作认识40主要内容教学方法注释主要内容：新能源汽车技术课程实训报告（1）项目一东风启辰晨风纯电动汽车认识一、车型概述1.电池类型：；2.动力电池型号：；3.驱动电机型号：；4.电动动力系统最大输出功率：；5.工作电压：；6.电池容量：；二、主要操作开关及指示灯认识说出以下车内开关的含义（1）（2）（3）仪表显示含义（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；（12）；（图中第11不用填写）车内仪表指示灯（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；如何操作换挡杆（1）挂N档操作方法：;（2）挂P档操作方法：;（3）挂ECO档操作方法：;三、起动与驾驶车辆1.起动车辆（1）；（2）按下电源开关；（3）确认指示灯点亮，并且能听到车辆起动声；（4）检查和。2.驾驶车辆（以下顺序错乱，请按照正确的步骤排序）（1）将换挡杆置于D；（2）踩下制动踏板；（3）确认车辆处于D（行驶档）位置；（4）踩下加速踏板，然后开始驾驶；（5）松开制动踏板。正确的步骤顺序为：。项目二丰田普锐斯混合动力电动汽车一、车型信息：1.电池类型：；2.动力电池型号：；3.驱动电机型号：；4.电动动力系统最大输出功率：；5.工作电压：；6.电池容量：；7.发动机型号：；8.发动机排量：。二、主要操作开关及指示灯认识1.说出以下车内开关的含义（1）；（2）；（3）；2.仪表显示含义（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）3.车内仪表指示灯（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；三、如何操作普锐斯混合动力汽车1.检查并确认READY指示灯点亮（1）操作步骤：=1\*GB3①IG-OFF状态下踩制动踏板时，按下电源开关；=2\*GB3②检查并确认组合仪表中的READY指示灯是否点亮；=3\*GB3③按下电源开关，检查并确认READY指示灯熄灭。（3）思考题：即使发动机已经停机，READY指示灯仍点亮的情况下，是否可以驾驶混动汽车？2.检查E-shift操作（1）在如下所示的各种电源状态下切换位置，并将结果填入表格。=1\*GB3①IG-OFF；=2\*GB3②ACC；=3\*GB3③IG-ON；=4\*GB3④REAY-ON电源状态操作换档杆位置电源状态操作PRNDBIG-OFF换档杆ACC换档杆IG-ON换档杆IG-ONP位置开关READY-ON换档杆READY-ONP位置开关（2）在哪可以检查当前换档杆位置？（3）如何操作N位置？（4）换档杆置于D位置时，如果关闭电源开关(IG-OFF)，换档杆位置会发生什么情况？（5）以20km/h（D位置）的车速行驶时，如果换档杆位置切换至R位置，则换档杆位置会发生什么情况？在上述相同状态下行驶时，如果按下P位置开关会发生什么情况？项目三比亚迪秦混合动力电动汽车一、车型信息：1.电池类型：；2.动力电池型号：；3.驱动电机型号：；4.电动动力系统最大输出功率：；5.工作电压：；6.电池容量：；7.发动机型号：；8.发动机排量：。二、主要操作开关及指示灯认识1.说出以下车内开关的含义（4）（1）（4）（1）（2）（3）（1）；（2）；（3）；（4）。2.车内仪表指示灯（1）；（2）；（3）；（4）；