新能源汽车高压电器检测与维修 (微课版) 课件4.驱动电机与电机控制器的检测与维修

新能源汽车高压电器检测与维修（微课版）05060708DC/DC转换器的检测与维修车载充电系统的检测与维修高压配电箱的检测与维修空调系统的检测与维修目录CONTENTS01020304新能源汽车高压电器概述新能源汽车安全防护动力蓄电池的检测与维护驱动电机与电机控制器的检测与维修驱动电机与电机控制器的检测与维修Part4任务一

驱动电机的种类及特点任务二

电机控制器的结构及工作原理任务三

驱动电机系统的常见故障与排除方法任务四

驱动电机系统的检测与维修流程4.1驱动电机的种类及特点一、新能源汽车驱动电机的种类（一）驱动电机的功能及作用驱动电机是新能源汽车的三大核心部件之一，是汽车的动力源之一，向外输出扭矩，驱动汽车前进后退；同时也可以作为发电机发电，如在滑行、制动过程中发动机输出的额外扭矩的势能或者动能通过驱动电机转化为电能储存。驱动电机的种类有很多，但在新能源汽车上运用的主要有永磁同步电机及交流异步电机两种。4.1驱动电机的种类及特点一、新能源汽车驱动电机的种类（二）永磁同步电机的结构及种类1.永磁同步电机的结构1821年，法拉第发现通电的导体能绕永久磁铁旋转，第一次成功实现了电能向机械能的转换，建立了电机的实验室模型，被认为是世界上第一台永磁电机。随着新能源汽车的兴起，永磁同步电机在交通领域中的应用也日益增多。永磁同步电机具有高功率密度和高效率的特点，可以为新能源汽车提供强劲的动力输出。同时永磁同步电机还可以进行能量回馈，将能量储存在动力蓄电池中。新能源汽车永磁同步电机主要由定子、转子、端盖、轴承等部件组成。其中，定子是电机的固定部分，通常由铁心和绕组组成；转子是电机的旋转部分，通常由永磁体和转子铁心组成。4.1驱动电机的种类及特点一、新能源汽车驱动电机的种类（二）永磁同步电机的结构及种类2.永磁同步电机的种类永磁同步电机可以按照不同的分类方式分为多种类型。以下是几种常见的分类方法。（1）按照励磁电流的供给方式分类，可以分为他励电机、自励电机和Bearing性能永磁同步电机。（2）按照供电频率分类，可以分为永磁无刷直流电机和永磁无刷交流电机。（3）按照气隙磁场分布分类，可以分为正弦波永磁同步电机、梯形波永磁同步电机。（4）按照永磁体在转子上的位置分类，可以分为表面式永磁同步电机、内嵌式永磁同步电机和内置式永磁同步电机。其中，内置式永磁同步电机根据永磁体在转子上的布置方式又可以分为径向式、切向式、U形混合式及V形径向式几种成。此外，还有按照电机用途和性能特点分类的方法，如混合型永磁同步电机、磁阻型永磁同步电机等。这些分类方法从不同角度反映了永磁同步电机的结构、工作原理和应用特点。4.1驱动电机的种类及特点一、新能源汽车驱动电机的种类（三）交流异步电机的结构及种类交流异步电机主要由定子、转子、气隙、端盖、轴承和风扇等部件组成。其中，定子是电机的静止部分，由定子铁心、定子绕组和机座等部件组成；转子是电机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组和转轴等部件组成。气隙则是定子与转子之间的间隙，对电机的性能和运行稳定性有着重要影响。端盖、轴承和风扇等部件则起到支承、固定和散热等作用。4.1驱动电机的种类及特点一、新能源汽车驱动电机的种类（三）交流异步电机的结构及种类交流异步电机可以根据不同的分类方式进行分类。例如，按照供电方式分类，可以分为单相交流异步电机、三相交流异步电机和多相交流异步电机；按照转子结构分类，可以分为绕线型交流异步电机、鼠笼型交流异步电机。此外，还有按照冷却方式、防护方式、安装结构、起动与运行方式、工作制和绝缘等级等方式进行分类的方法。4.1驱动电机的种类及特点二、新能源汽车常见驱动电机的特点（一）永磁同步电机的特点（1）高效率。（2）高功率密度。（3）良好的调速性能。（4）低噪声和低振动。（5）低维护成本。（6）环境友好。（7）宽调速范围。（8）能量回馈能力。4.1驱动电机的种类及特点二、新能源汽车常见驱动电机的特点（二）交流异步电机的特点（1）结构简单。（2）可靠性高。（3）调速范围宽。（4）良好的起动性能。（5）对电源适应性强。4.2电机控制器的结构及工作原理一、电机控制器的结构电机控制器是新能源汽车动力系统的核心部件之一，负责控制驱动电机的运行，以满足车辆在不同工况下的动力需求。它主要由壳体组件、控制板、功率模块、保护电路及散热组件等组成。其中，控制板及功率模块是其核心部件。控制板是电机控制器的“大脑”，负责处理各种输入信号，并根据预设的控制策略输出相应的控制信号。这些信号用于控制驱动电机的正反转、功率、扭矩和转速等参数，以实现对车辆动力输出的精确控制。4.2电机控制器的结构及工作原理一、电机控制器的结构功率模块是电机控制器的“肌肉”，负责将电机控制器控制板输出的控制信号转换为实际的驱动电流，供给驱动电机使用。这个模块通常由高性能的功率电子器件组成，如IGBT（绝缘栅双极晶体管）等，以确保驱动电机在各种工况下都能得到稳定、高效的驱动。电机控制器还包括了各种传感器和保护电路。传感器用于采集驱动电机的旋转角速度、温度等关键信号，为电机控制器提供必要的输入信息。保护电路则负责在驱动电机或电机控制器出现异常情况时及时切断电源，保护整个动力系统的安全。电机控制器通过CAN总线与其他车载控制单元进行信息交换和协同工作。这样，它就能根据车辆的整体运行状态和驾驶员的意图来调整驱动电机的输出，实现更加智能、高效的动力控制。综上所述，电机控制器每个部分都发挥着不可或缺的作用。它们共同协作，确保驱动电机在各种工况下都能得到精确、高效的控制，从而满足新能源汽车的动力需求。4.2电机控制器的结构及工作原理二、电机控制器的工作原理作为动力系统的总控中心，电机控制器通过硬件或者CAN总线采集驱动电机的温度、互锁、制动、加速踏板位置、起动命令等相关控制信号，识别驾驶员意图，通过对上述收集信号的处理，控制驱动电机的正反转、功率、扭矩、转速等，同时通过CAN总线与其他模块进行信息交互，协调控制车辆的整体运行。如在插电式混合动力电动汽车中，当动力蓄电池电量较低或车辆需要的功率较大时，协调发动机电控单元，起动发动机。总的来说，电机控制器要实现驱动电机控制、整车控制及安全控制。4.2电机控制器的结构及工作原理二、电机控制器的工作原理（一）驱动电机控制驱动电机控制主要包括扭矩控制、功率控制、能量回馈、爬坡辅助等功能，主要涉及位置传感器、电子控制器、电流换向技术、PWM（脉冲宽度调制）技术等。目前，新能源汽车常用的位置传感器为旋转变压器。车辆行驶时，电机控制器通过旋转变压器检测到驱动电机的位置，位置信号经过处理转变为逻辑信号，发送至电子控制器IGBT，控制IGBT开断，输出近似正弦波的交流电。驱动电机定子的三相绕组在正弦绕组下形成圆形的旋转磁场，驱动转子旋转，在旋转的过程中，旋转变压器进行速度及位置检测，并反馈给电子控制器进行监测，以准确控制驱动电机的转速及位置。4.2电机控制器的结构及工作原理二、电机控制器的工作原理（一）驱动电机控制电子控制器（驱动器或控制器）根据位置传感器的反馈信号，适时调整电流的方向和大小，以驱动转子旋转。电流换向技术，通过适时切换电流的方向，使电机的磁极与定子的磁极之间产生吸引或排斥力，推动转子旋转。4.2电机控制器的结构及工作原理二、电机控制器的工作原理（一）驱动电机控制PWM技术用于控制电流的大小。通过调节PWM信号的占空比，可以控制开关元件的导通时间和断开时间，从而控制电流的平均值，进而控制驱动电机的转速和扭矩。总的来说，驱动电机控制的原理是使用位置传感器反馈转子位置信号，电子控制器根据这些信号控制电流的方向和大小，并通过电流换向技术和PWM技术实现电流的适时换向和控制。4.2电机控制器的结构及工作原理二、电机控制器的工作原理（二）整车控制整车控制主要包括辅助整车上下电、模式切换、动力系统防盗、巡航控制、挡位控制、软件更新、状态管理等功能。辅助整车上下电，在上电时，电机控制器会对驱动电机进行自检，并将信息反馈给动力蓄电池管理系统，动力蓄电池管理系统收到驱动电机状态正常信号，且其他所有上电条件均满足时，动力蓄电池管理系统才会吸合主负、主正接触器，动力蓄电池电输送到各高压部件，完成上电。当下电时，电机控制器不再对驱动电机输出功率，且迅速启用泄放功能，放掉驱动电机及电机控制器中的剩余电量。4.2电机控制器的结构及工作原理二、电机控制器的工作原理（二）整车控制电机控制器通过与模式开关、发动机ECU进行通信，对驱动电机进行精准控制，可以实现ECO、NORMAL、SPORT等多种模式下的行驶。混合动力电动汽车还可以切换EV及HEV模式。4.2电机控制器的结构及工作原理二、电机控制器的工作原理（三）安全控制电机控制器的安全控制主要包括异常处理、驻车制动优先、辅助BMS进行烧结检测、泄放电及卸载等功能。异常处理功能：当检测到驱动电机一般漏电时，电机控制器会限制功率输出，让车辆以较低的速度行驶至最近的修理店进行维修，并与其他模块进行通信，将信息显示在仪表盘上，提醒驾驶员。驱车制动优先功能：加速踏板与制动踏板深度为0~99%，当制动踏板深度小于50%时，加速踏板不受限制。当制动踏板深度大于70%时，加速踏板完全不起作用，不会有动力输出。制动踏板深度介于50%~70%时，加速踏板作用按比例衰减。4.2电机控制器的结构及工作原理二、电机控制器的工作原理（三）安全控制辅助BMS进行烧结检测功能：新能源汽车在上电前要进行烧结检测，当有烧结故障时，与BMS通信，禁止车辆上电。泄放电功能：新能源汽车电机控制器中含有主动泄放回路。当检测到车辆发生较大碰撞，高压回路中某处插接器处于拔开状态，有高压电器存在开路情况时，可在2min内将高压回路直流母线电压泄放到60V以下，迅速释放危险电能，最大限度地保证人员安全。4.2电机控制器的结构及工作原理二、电机控制器的工作原理驱动电机系统作为新能源汽车重要的组成部分，关系到新能源汽车的运行，其在工作过程中涉及的部件较多，引起故障的原因也多种多样。这些故障中，有些故障可以通过故障诊断仪进行辅助检测，有些故障无故障码，如驱动电机轴承损坏导致异响。在排除故障的过程中需要准确理解驱动电机系统的工作原理，并进行综合分析。4.3驱动电机系统的常见故障与排除方法一、驱动电机系统常见故障（一）旋转变压器类故障1.旋转变压器励磁绕组阻抗检查断高压电，拔下低压线束，对照线束定义图，用万用表检查低压插接器上相应旋转变压器的励磁绕组阻抗。SIN+与SIN-之间的阻抗应为（16±1）Ω；COS+与COS-之间的阻抗应为（16±1）Ω；EXC与/EXC之间的电阻值应为（8±1）Ω。上述各数值为大致数值，具体维修时应参考维修手册，以维修手册数值为准。4.3驱动电机系统的常见故障与排除方法二、驱动电机系统常见故障的排除方法（一）旋转变压器类故障2.旋转变压器励磁与壳体阻抗检查检查旋转变压器正余旋绕组之间、正余旋绕组和励磁绕组之间、正余弦绕组和壳体之间阻抗是否正常，一般应大于20MΩ。若阻抗正常，则进行下一步检查。4.3驱动电机系统的常见故障与排除方法二、驱动电机系统常见故障的排除方法（一）旋转变压器类故障3.线束及插接器检查检查低压插接器内部是否断路。拔下线束，用万用表测量线束两端的电阻，应小于1Ω。若正常，则更换电机控制器；若异常，则更换连接线束或维修更换插接器。4.3驱动电机系统的常见故障与排除方法二、驱动电机系统常见故障的排除方法（二）温度过高类故障（1）断开高压电，拔下低压线束。（2）对照线束定义图检查驱动电机温度采样线与壳体之间的电阻，一般应为20kΩ（具体参考维修手册）。若正常，可重新接低压插接器上电一次；若还是出现故障码，则维修/更换电机控制器。若阻值为无穷大，则为温度传感器故障，应维修或更换。4.3驱动电机系统的常见故障与排除方法二、驱动电机系统常见故障的排除方法（三）高压电控类故障（1）测量电机控制器内部管路压降。（2）测量驱动电机U/V/W相两两之间的电阻值。（3）测量驱动电机U/V/W相与壳体间的绝缘电阻。4.3驱动电机系统的常见故障与排除方法二、驱动电机系统常见故障的排除方法（一）故障现象一台比亚迪秦新能源汽车满电状态下以EV模式行驶几分钟后，突然自动切换到HEV模式，人为也无法再切回EV模式，仪表盘没有故障提示。4.3驱动电机系统的常见故障与排除方法三、故障案例分析（二）原因分析在电机控制器及DC/DC转换器总成内部，有三组单元在工作时会产生热量，分别为IPM（电机控制器内部智能功率模块）、IGBT、电感，因此，在电机控制器及DC/DC转换器总成内部有相应的水道对这三个部分进行冷却。导致IGBT高温报警的原因如下：（1）驱动电机冷却系统冷却液不足或有空气。（2）驱动电机电动水泵不工作。（3）驱动电机散热器堵塞。（4）电机控制器及DC/DC转换器总成故障。4.3驱动电机系统的常见故障与排除方法三、故障案例分析（三）维修步骤（1）使用VDS1000读取到在车辆切换为HEV模式瞬间，电机控制器中的IGBT温度达到102℃，而此时驱动电机冷却液温度、驱动电机温度、IPM温度分别为50℃、60℃、72℃，故确认为IGBT温度过高导致无法进入EV模式。（2）检查驱动电机冷却系统，电动水泵可以正常工作。（3）进一步检查发现冷却液流动不明显、循环不畅，导致电机控制器得不到有效冷却，致使IGBT温度迅速上升。（4）仔细检查冷却系统发现发动机散热器进水管与电机散热器进水管接反，重新装配好试车，故障排除。4.3驱动电机系统的常见故障与排除方法三、故障案例分析（四）维修小结通过数据分析可以准确确认电机控制器及DC/DC转换器总成内部零部件的工作温度，若报IGBT温度过高，则应重点检查冷却系统是否有空气、冷却液是否充足等。另外，因比亚迪秦车型冷却循环连接较为复杂，还应特别注意检查水管是否接错。4.3驱动电机系统的常见故障与排除方法三、故障案例分析（一）气密性检测（1）连接气密性检测管路。将气密性检测套装中的短管接在驱动电机进水口，并使用棘轮扳手拧紧喉箍。（2）测试驱动电机冷却管路密封性。将气压表与气泵气管相连，将气压表与气密性检测套装的长管相连，向驱动电机冷却管路中打气至200kPa气压，保持10min，观察是否存在泄漏。若200kPa压力值保持不变，则驱动电机冷却管路气密性符合要求。（3）利用气压表卸掉驱动电机冷却管路内的气压（至大气压），取下气压表，拆掉气密性检测长管，拆掉气密性检测短管。（4）断开气压表与气泵气管的连接，收回气压表。4.4驱动电机系统的检测与维修流程一、驱动电机静态检测（二）绝缘检测使用绝缘电阻测试仪分别测量驱动电机U/V/W相与壳体之间的绝缘电阻值并记录（正常值在20MΩ以上，需拆卸驱动电机三相绕组电源输入高压线及接口盖板）。（1）拆掉4颗驱动电机接口盖板固定螺栓，取下驱动电机接口盖板。（2）将绝缘电阻测试仪红表笔接驱动电机U相接口，黑表笔接壳体，按测试按钮或红表笔上的白色按钮读数，大于20MΩ代表绝缘良好。（3）依照（2）的测试方法，测量V/W相与壳体之间的绝缘阻值（自减速器侧开始依次为U/V/W）并记录。4.4驱动电机系统的检测与维修流程一、驱动电机静态检测（三）三相间绕组阻值测量使用毫欧表测量驱动电机U/V/W相两两之间的电阻值并记录（正常值在25mΩ左右，需拆卸电机三相绕组电源输入接口盖板）。（1）将毫欧表表夹夹在驱动电机U相、V相上，按START键读数，并记录。（2）依照（1）的测试方法，依次测量驱动电机U相和W相、V相和W相之间的电阻值，并记录。（3）比较测量数值，任意两相之间的电阻值应在（25±5）mΩ范围内，且三组数值相差在2mΩ以内，则驱动电机三相绕组阻值正常。4.4驱动电机系统的检测与维修流程一、驱动电机静态检测（四）旋转变压器检测使用万用表分别测量旋转变压器励磁、正弦、余弦绕阻电阻值，并记录（励磁绕组电阻值为8Ω左右，正弦绕组电阻值为16Ω左右，余弦绕组电阻值为14Ω左右，具体数值参考维修手册）。（1）将万用表红表笔接励磁+，黑表笔接励磁-，记录万用表读数。若在（8±2）Ω，则励磁绕组正常。（2）将万用表红表笔接正弦+，黑表笔接正弦-，记录万用表读数。若在（16±2）Ω，则正弦绕组正常。4.4驱动电机系统的检测与维修流程一、驱动电机静态检测（四）旋转变压器检测（3）将万用表红表笔接余弦+，黑表笔接余弦-，记录万用表读数。若在（14±2）Ω，则余弦绕组正常。（4）使用万用表测量驱动电机温度传感器电阻值，并记录。将万用表红表笔接温度+，黑表笔接温度-，记录万用表读数。常温状况下，电阻值在80~120kΩ，则温度传感器正常。4.4驱动电机系统的检测与维修流程一、驱动电机静态检测（五）波形检测（1）将四通道示波器通道1探针连接在U信号+上，接地鳄鱼夹接在U信号-上。（2）依照（1）的连接方法，将四通道示波器通道2、3接上V/W信号。（3）调整参数，记录波形。4.4驱动电机系统的检测与维修流程一、驱动电机静态检测（一）外观检查检查驱动电机外观有无划痕、损伤等，检查与驱动电机连接的高低压线束是否有松动、损坏、虚接等情况。4.4驱动电机系统的检测与维修流程二、驱动电机系统实车检测（二）油液检查举升车辆，检查驱动电机系统是否有漏油、漏液等；检查驱动电机系统变速器油是否足够，油液是否变质。4.4驱动电机系统的检测与维修流程二、驱动电机系统实车检测（三）诊断检查（以比亚迪秦新能源汽车为例）需用故障诊断仪进入“电机控制器”模块的情况有两种：一种为“系统无应答”，需要进行全面诊断，具体故障可参考常见故障及新能源汽车工作原理进行分析；另一种为进入相应模块读取相应故障码，根据相应故障码进行诊断。“系统无应答”时的诊断流程：检查低压插接器的相关端子，若有异常，可检查相应的低压回路，包括电源、接地、CAN通信等；若以上均无异常，更换电机控制器与DC/DC转换器总成，提交信息报告时附上故障件白色标签照片。4.4驱动电机系统的检测与维修流程二、驱动电机系统实车检测（三）诊断检查（以比亚迪秦新能源汽车为例）读取故障码的诊断流程如下：（1）故障码报“P1B0000”（驱动电机电流过流）：先查询电机控制器的程序版本信息，确认故障码是否能清除，然后再尝试多次上OK挡电试车，看故障是否会重现。检查驱动电机是否正常，测量驱动电机三相阻值，两两差值不超过1Ω，同时可尝试测量正常车辆对应阻值差值进行确认。若不正常，则更换电机；否则更换电机控制器与DC/DC转换器总成。（2）故障码报“P1B0100”（IPM保护）：先查询电机控制器的程序版本信息，确认故障码是否能清除，然后再尝试多次上OK挡电试车，看故障是否会重现。检测直流母线到三相线的管压降是否正常。若不正常，则更换电机控制器与DC/DC转换器总成；若管压降正常，确认是否还报其他故障码，如根据其他故障码进行排查依旧无效，则更换电机控制器与DC/DC转换器总成。4.4驱动电机系统的检测与维修流程二、驱动电机系统实车检测（三）诊断检查（以比亚迪秦新能源汽车为例）读取故障码的诊断流程如下：（3）故障码报“P1B0200”（旋变故障——信号丢失）：先查询电机控制器的程序版本信息，确认故障码是否能清除，然后再尝试多次上OK挡电试车，看故障是否会重现。检查低压插接器：①退电至OFF挡，拔掉电机控制器低压插接器；②测量B21/45和B21/30之间的电阻值是否为15~19Ω，测量B21/46和B21/31之间的电阻值是否为15~19Ω，测量B21/44和B21/29之间的电阻值是否为7~10Ω；③如果以上所测电阻值正常，则检查B22插接器是否松动或前舱线束是否故障，如果没有，则为电机控制器与DC/DC转换器总成故障，更换电机控制器与DC/DC转换器总成。备注：也可测量驱动电机旋转变压器插接器，励磁+、励磁-之间的阻值应该约为8.5Ω，正弦+、正弦-之间的阻值应该约为15.5Ω，余弦+、余弦-之间的阻值应该约为17.5Ω。4.4驱动电机系统的检测与维修流程二、驱动电机系统实车检测（三）诊断检查（以比亚迪秦新能源汽车为例）读取故障码的诊断流程如下：（4）故障码报“P1B0300”（欠压保护）：先查询电机控制器的程序版本信息，确认故障码是否能清除，然后再尝试多次上OK挡电试车，看故障是否会重现。读取动力蓄电池电压，若小于330V，则对动力蓄电池、高压配电箱和高压线路进行检查；用故障诊断仪读取电机控制器直流母线电压（正常值为330~570V），同时对比DC/DC转换器母线电压，若都不正常，则检查动力蓄电池、高压配电箱和高压线路。若电机控制器母线电压和DC/DC转换器母线电压一个正常，一个不正常，则更换电机控制器与DC/DC转换器总成；若以上均正常，则更换电机控制器。4.4驱动电机系统的检测与维修流程二、驱动电机系统实车检测（三）诊断检查（以比亚迪秦新能源汽车为例）读取故障码的诊断流程如下：（5）故障码报“P1B0400”（过压保护）：先查询电机控制器的程序版本信息，确认故障码是否能清除，然后再尝试多次上OK挡电试车，看故障是否会重现。读取动力蓄电池电压，若大于570V，则对动力蓄电池、高压配电箱和高压线路进行检查；用故障诊断仪读取电机控制器直流母线电压（正常值为330~570V），同时对比DC/DC转换器母线电压，若都不正常，则检查动力蓄电池、高压配电箱和高压线路。若电机控制器母线电压和DC/DC转换器母线电压一个正常，一个不正常，则更换电机控制器与DC/DC转换器总成；若以上均正常，则更换电机控制器。4.4驱动电机系统的检测与维修流程二、驱动电机系统实车检测（三）诊断检查（以比亚迪秦新能源汽车为例）读取故障码的诊断流程如下：（6）故障码报“P1B0600”（缺相保护）：先检查驱动电机控制器的程序版本信息，确认故障码是否能清除，然后再尝试多次上OK挡电试车，看故障是否会重现。检查低压插接器是否松动。检查驱动电机是否正常，测试驱动电机三相阻值，两两差值应不超过1Ω，若不正常，则更换驱动电机；若正常，则更换电机控制器与DC/DC转换器总成。（7）故障码报“P1B0D00”（开盖保护）：先查询电机控制器的程序版本信息，确认故障码是否能清除，然后再尝试多次上OK挡电试车，看故障是否会重现。检测电机控制器盖子是否打开。若盖子未打开，则更换电机控制器与DC/DC转换器总成。4.4驱动电机系统的检测与维修流程二、驱动电机系统实车检测（三）诊断检查（以比亚迪秦新能源汽车为例）读取故障码的诊断流程如下：（8）故障码报“P1B0E00”（EEPROM错误）：先查询电机控制器的程序版本信息，确认故障码是否能清除，然后再尝试多次上OK挡电试车，看故障是否会重现。若故障未消除，可尝试更新电控软件。若依然不能排除故障，更换电机控制器与DC/DC转换器总成。4.4驱动电机系统的检测与维修流程二、驱动电机系统实车检测（三）诊断检