新能源汽车驱动电机及控制技术习题答案

新能源汽车

驱动电机及控制师

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目录

项目一高压系统的安全操作........................................................1

任务1电气危害及陀护........................................................1

任务2高压作业安全规定......................................................3

项目二驱动电机系统的装调与测试.................................................4

任务1新能源汽车驱动电机类型................................................4

任务2电机的状态监控.......................................................10

任务3能量回馈与制动........................................................13

任务4电机控制器装调与测试.................................................14

项目三驱动电机系统故It检修.....................................................16

任务1驱动控制系统的故障诊断...............................................16

任务2驱动电机的故障检修...................................................19

任务3电机冷却系统的故障...................................................21

项目一高压系统的安全操作

任务1电气危害及防护

P28：

1.解析加速踏板和制动踏板的开度、档位、运动模式等驾驶员意图的部件是一整车控制

迄。

2.实现整车怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能的部件是驱动电机。

3.驱动电动机控制系统运行状态的信息通过电机控制器发送给整车控制器(VCU)。

4.驱动电动机上的主要传感器有检测位置传感器、温度传感器等。

5.写出图中部件的名称，①驱动电机、②电机控制器°

6.电动汽车的车载能源系统主要由动力电池、车载充电机、驱动电机

等组成。

7.慢速充电系统使用的充电桩是一交流充电桩，将220V交流电经过车载

充电机(0BC)、电池管理系统BMS和整车控制器变成高压直流后通过

直流母线连接到动力蓄电池。

8.下图是吉利EV450电动汽车示意图，写出各部件的名称。①车载充电机、

②交流充电口、③直流母线4直流充电接口°

任务2高压作业安全规定

P50：

1.分断装置又称维修开关，吉利EV450的维修开关位干后备箱内，它把动力蓄电

池中的单体电池分成两个部分。

2.在下图电路中，电动汽车上电时接触器闭合的顺序是预充接触器一

主正接触器一主负接触器°

_<wvx_

3.在下图所示电路中，把两个高压部件的外壳导线连起来，实现了高压互锁，其目

的是监测高压线路是否连接牢固.

4.从下图可以看出，高压互锁是采用低压回路控制高压回路的一种安全设

计。

5.下图是吉利EV450电动汽车上的一条高压互锁回珞，VCU通过CA67/76端子输出个

幅值约为3.3V的脉冲信号,该脉冲信号依次经过电机控制器、车载充电

机、空调压缩机控制器以及PTC加热控制器部件,经过VCU内部电路

将脉冲幅值上拉至12V。如果VCU检测不到3.3V的脉冲信号，则认为高压互锁线路出

现故障，并执行下高压电操作。如果高压互锁线路出现断路，从近CA67/76端子侧的断点处

可测到工3V的PNU信号.从近CA66/58端工的断点处可以检测到+BV的

信号。

3

项目二驱动电机系统的装调与测试

任务1新能源汽车驱动电机类型

P78：

1.安培力

既然通电导线能产生磁场，它本身也相当于一个磁体，那么通电导线在磁场中自然也会

受到力的作用。通电导线在磁场中受到的力称为安培力，

2.安培力的方向判断

伸开左手，使拇指与四指在同一个平面内并跟四指垂直，让磁感线穿入手心，使四指

指向电流的方向,这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。这就是判定通电导线

在磁场中受力方向的左手定则。

3.安培力方向的影响因素

通电导体在磁场中受到力的方向与电流的方向、磁场的方向有关。

4

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4.安培力大小的影响因素

通电导体在磁场中受到力的大小与电流的大小、磁场的强度、通电导线的长度有关。

SMAX小.AA«UI改变3M,.通皿改变iM9M的长度，■

的电滤修大，口IK埔中受费科的力・大，mwrNF,，£：■丁可

划的力・x.Mmnix.

5.安培力的计算

5.1当电流与磁场方向垂直时：

在匀强磁场中，通电导体与磁场方向垂直的情况下,导线所受安培力F等于磁感应强

度B、电流I和导线长度一三者的乘积。

F=1LB

5.2当电流与磁场方向平行时

当磁感应强度B的方向与导体的方向平行时，导线受力为。。

F=0

5

5.3当电流与磁场方向夹角为e时

把磁感应强度B分为两个分量：B\=Bsin0;B2=Bcos0

平行于导体的分量B2不对通电导线产生作用力，通电导体所受作用力仅由B1决定,

因此：

万二/BLsinG

二、转矩的产生

通过前面的学习，我们已经知道通电的导线在磁场中会受到安培力的作用，下面我们

来分析通电线圈位于不同位置时的受力情况。通电的矩形线圈在磁场中两条长边受到安培

力，但方向相反,这样就产生了力矩，线圈发生转动。

当通电线圈转动至与诚场方向垂直时，线圈的两边受平衡力作用，达到平衡位置。但

是这时由于惯性，线圈还会继续转动。当通电线圈转动离开平衡位置并与磁场方向成一定

角度时，通电线圈的两边受力，但方向相反,线圈发生转动。

6

三、旋转磁场

旋转磁场是磁感应矢量在空间以固定频率旋转的一种磁场。是电能和转动机械能之间

相互转换的基本条件。

1.旋转磁场的产生

三相对称绕组内通入对称的三相电流

三相对称电流

3t=0。时电流的流向

i/i为0

为负（电流流出）

ic为正（电流流入）

2.旋转磁场的方向

却也力向S&KQ

一周期内不同时刻产生磁场的方向如图所示：

7

综上所述，当三相对称绕组中通入三相电流后，他们共同产生的合成磁场随电流的交

变而在空间内不断的旋转着，就形成了旋转磁场,这个磁场同磁极在空间旋转所起的作用

是一样的。

旋转磁场的方向与通入线圈的三相电流的相序有关，即转向是顺必的相序

的，只要将通入绕组的三相交流电任意两相的顺序改变,旋转磁场的方向就随之改变。

3.旋转磁场的转速

3.1极对数

首先，定义旋转磁场产生的磁极的对数为极对数P。例如三相绕组的始端之间相差

120。空间角，则产生的磁场具有一对磁极，即尸1,如图所示：

8

形成一对磁极N-S,p=\

若每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间相差60。空间角，则产生的磁场具有两

对磁极，即P=2,如图所示：

A

形成两对磁极N」-S」、N_2-S_2,p=2

3.2转速

旋转磁场的转速决定于三相交流电的频率和磁场的极对数。

"0表示磁场的转速，P表示极对数，fl表示交流电的频率,则旋转磁场的转速为：

n0=60/lp（转每分）

◎

9

任务2电机的状态监控

P48：

1、外形认知

旋转变压器主要作为角度、位置和转速检测元件，广泛应用在伺服控制系统中，相当

于角度传感器、位置传感器或转速传感器。由于其结构简单，坚固耐用，适应振动冲击及温

湿度变化等恶劣环境，成为电动汽车驱动电机角度位置测量的首选元件。

2、结构认知

施技变谨是一种测量用途的信号电机，是一种角度或速度传感器。旋转变压器是一

种电磁感应元件，与静止变压器不同之处在于其原边绕组和副边绕组的相对位置可变，是可

旋转的；其原边和副边的耦合程度因旋转的角度不同而不同。

3、电气原理图认知

S1S3为原边励磁绕组,S2S4为原边交轴补偿绕组。R1R3为副边正弦绕组,R2R4为副

边余弦绕组。

S1

S3R3

1()

4、信号输入特点

正余弦旋转变压器相当于一台调幅装置，励磁信号相当于载波信号，通常为400Hz.

1000Hz或更高频率的正弦波。与转子旋转速度关联的正余弦信号相当于调制信号，旋转变

压器静止时，正余弦绕组输出的是载波信号,旋转时，输出的是已调制的逾号。

5、信号输出特点（附视频）

旋转变压器为两极，励磁频率为1000Hz,转子以3J00r/min旋转，正余弦绕组输出为

50Hz正弦调制波到1000Hz正弦载波上的调幅信号。正弦绕组和余弦绕组输出为调幅波，其

包络线分别为正弦波和余弦波，包络线的频率为50Hz,对应转子的转速，正弦绕组和余弦

绕组的幅值的比值的反正切就是转子的转角。

6、工作原理（附视频）

旋转变压器是一种电磁式传感器。它是一种测量角度用的小型交流电动机，用来测量旋

转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组成。其中定子绕组作为变压器的原边，接受

励磁电压，励磁频率通常用400、3000及5000HZ等。转子绕组作为变压器的副边，通过电

磁耦合得到感应电压。

11

旋转变压器的工作原理与普通变压器相同，励磁绕组通正弦交流电，产生交变磁场，

利用转子铁芯构成的磁路，将交变磁场传递到正弦绕组和余弦绕组，并产生感应电动势C

由于旋转变压器的转子铁芯并非圆形，正弦/余弦绕组与转子铁芯的气隙大小不同，因

此，正弦/余弦绕组中的感应电动势大小不同。因此，电机工作过程中，正弦/余弦绕组的

电机控制器（UCU）根据正弦、余弦包络线波形可以计算出永磁同步电机的转子位置和

转速等。

吉利帝豪EV450旋转变压器

励磁绕组参考电压：打开点火开关ON档，测量插件端约有4.7V交流电压；

正弦绕组阻值：13.5Q±1.5Q；

余弦绕组阻值：14.5Q±L5Q；

励磁绕组阻值：9.5c±L5Q。

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任务3能量回馈与制动

P110

1.电动汽车减速制动时，电动机做发电机运行。

2.电动机产生的电动势高于蓄电池电压情况下采用三相整流回馈方式。

3.电动机产生的电动势低于蓄电池电压情况下采用斩波升压回馈方式。

4.使车辆的动能得以回收有车辆减速时、电动车辆下坡。

5.实现再生制动应满足电动机应运行在正常行驶状态、电动机产生的电压必须高

于蓄电池电压、条件。

6.电动汽车能量回馈制动时会采用三相整流回馈方式。

7.制动能量回馈的原则有电池包温度低于5C。时能量不回收、单体电压在满电

时能量不回收、SOC大于95舟、车速低于30KM/h时没有能量回收功能、能量回收

及辅助制动力大小与车速和制动踏板行程相关.

8.能量回收产生的电压与车速关系。

9.车速越高产生的电压越一高。

10.旋变传感器检测电机转子位置,经过电机控制器内旋变解码器解码后，

电机控制器可获知电机当前转子位置，从而控制相应的1GBT功率管导通，按顺序给定子三

个线圈通电，驱动电机旋转。

1L温度传感器的作用是检测电机绕组温度,并提信息供给MCU,再由MCU通过

CAN线传给VCU,进而控制水泵工作、水路循环、冷却电子扇工作，调节电机工作温度。

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任务4电机控制器装调与测试

1.电机控制器介绍

电机控制器安装在前舱内，采用CAN通讯控制，控制着动力电池组到电机之间

能量的传输，同时采集电机位置信号和三相电流检测信号信号,精确地控制驱动电

机运行。

写出图中部件的名称，①膨胀罐、②储液罐、■电机控制器、

④车载充电机.

电机控制器是一个既能将动力电池中的直流电转换为交流电以驱动电机,同时具备将车

轮旋转的动能转换为电能（交流电转换为直流电）给动力电池充电的设备。车辆制动或滑行

阶段，电机作为发电机应用。它可以完成由车轮旋转的动能到电能的转换，给电池充

电。DC/DC集成在电机控制器内部，其功能是将电池的高压电转换成低压电，提供整车一［£

压系统供电，

14

•夏湾充电而1

■遭光电片口

2.填写电机控制器插头定义：

写出图中部件的名称，①高压线束接口、②驱动电机三相线束接口、③

低压信号接口、④低压充电（DCDC）接口、⑤冷却管口。

3.电机控制器电气原理示意图

DCOC

蓄电池分线拿

电S

机

动

控

电

制

机

器

BCM

整

车

控曷任互M

制

B

填写电机控制器高压插头针脚含义:

15

±JCDCZDCE)

插接件名称u而十节针脚号功能定义

u主电机U相

电机控制器交流输出V主电机V相

w主电机W相

Hlc+直流高压输入正极

Hid—直流高压输入负极

项目三驱动电机系统故障检修

任务1驱动控制系统的故障诊断

1.整车控制原理图

整车控制要对驾驶员操作信息（加速踏板、制动踏板以及档位开关）及控制命

令进行分析处理，将加速踏板、制动踏板的机械位移量及档位开关状态转换为相应的电信号,

根据某种规则将相应电信号转化成驱动电机需要的转矩命令，输入到电机控制器（MCU）,

控制驱动电机的转矩来驱动车辆,以满足驾驶员对车辆驱动的动力性要求。

16

-----------高压线

-----------低压线

-----------------CAN总线

螭入1•比

-----------机隰驱动

电动车主要装置

♦控制原理图

W助装.

Z）・军装・

2.第二代整车控制器功能

序号功能备注序号功能备注

1驾驶员意图解析✓9故障诊断与处理✓

2驱动控制✓10远程控制✓

3制动能蜃回馈控制✓11整车CAN总线网关及网络化管理✓

4整车能量优化管理✓12基于CCP的在线匹配标定✓

5充电过程控制✓13DC-DC控制、EPS控制✓

高低压上下电控制:上下电

6顺序控制、慢充时序、快✓14档位控制功能✓

充时序

7电动化辅助系统管理✓15防溜车控制✓

车辆状态的实时监测和显

8✓16远程监控✓

示

根据驾驶员对车辆的操纵输入（加速踏板、制动踏板以及选档开关）、车辆状态、道路及

环境状况，经分析和处理，向电机控制器发出相应的指令,控制电机的驱动转矩来驱

动车辆，以满足驾驶员对车辆驱动的动力性要求;同时根据车辆状态，向整车控制器发

出相应指令，保证安全性、舒适性。

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电机转矩”

■转速、电流，

sdCs电流、电压〃

电池控制器r电池

电池温度”

.液压信号，

制动液压传感器

不靛状杰信息•」

充电机控制镌

电流~

3.制动能量回馈控制

整车控制器根据加速踏板和制动踏板的开度、车辆行驶状态信息以及动力电池的状态信

息(如SOC值)来判断某一时刻能否进行制动能量回馈，在满足安全性能、制动性能以及驾

驶员舒适性的前提卜，回收能部分能量。包括电动车辆卜坡时和车辆减速过程

中的电机制动转矩控制。

制动能量回馈的原则：电池包温度低于5C。时能量不回收、单体电压在满电

时能量不回收、SOC大于95%、车速低于3()KM/h时没有能量回收功能、能量回收

及辅助制动力大小与车速和制动踏板行程相关。

二、电控系统的电路原理组

在整车的网络管理中，整车控制器是信息控制的中心,负责信息的组织与传输，网

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络状态的监控,网络节点的管理，信息优先权的动态分配以及网络故障的诊断与处理等功能。

通过CAN(EVBUS)线协调电池管理系统、电机控制器、空调系统等模块相互通信。

基于CCP的在线匹配标定，主要作用是监控ECU工作变量、在线调整ECU的控制参

数(包括MAP、曲线及点参数)、保存标定数据结果以及处理离线数据等。完整的标定系统

包括上位机PC标定程序、PC与ECU通讯硬件连接及ECU标定驱动程序三个部分。

任务2驱动电机的故障检修

P193：

2.填写脚号定义

19

接插件名称端子号功能定义

U

电机控制器交

V

流输出端

W

3.测量绝缘电阻

测量对象测量项目测量要求参考值实测值

绝缘电阻^lOOMQ

电机控制器U测试电压为：

交流输出1000V

V绝缘电阻