新能源汽车驱动电机及控制技术 项目一 驱动电机系统基础与高压安全认知

新能源汽车驱动电机及控制技术1目录项目一驱动电机系统基础与高压安全认知项目二驱动电机结构与技术检测项目三减速器与传动机构技术分析项目四驱动电机控制系统认知及故障诊断项目五电驱动热管理系统故障诊断1项目描述驱动电机系统是新能源汽车的核心部件之一，其性能直接关系到整车的动力性、经济性和安全性。本项目围绕驱动电机系统的基础理论、技术发展现状及高压安全操作规范展开，通过三个典型任务，帮助学生掌握电机工作原理、类型对比与选型依据，以及高压系统安全操作与应急处理流程。内容由浅入深，注重理论与实践结合，突出职业能力和安全意识的培养。1知识目标1.能解释直流/交流电路的基本概念与电磁感应原理2.能说明永磁同步电机、交流异步电机和开关磁阻电机的工作原理与特点3.能识别常用电工工具与仪表的用途及使用方法4.能阐述高压安全操作规范与应急处理流程5.能归纳高压系统的结构组成与安全风险点1技能目标1.能够正确使用万用表、示波器等电工工具进行电路测量2.能够识别不同类型驱动电机的结构与特点3.能够按照规范完成高压系统断电与绝缘检测操作4.能够模拟高压漏电、短路等应急情况下的处理流程1素养目标1.养成严谨科学的电路测量与数据分析习惯2.具备高压系统操作中的安全意识和责任意识3.能够团队协作完成电机拆装与故障诊断任务5.具备技术创新与终身学习的意识4.形成规范操作、文明实训的职业素养1项目一驱动电机系统基础与高压安全任务一

驱动电机电学基础任务二

驱动电机技术发展任务三

高压安全防护体系1任务引入在认识新能源汽车王同学在实训中发现一台新能源实训车辆的驱动电机无法启动，初步检查发现电源指示灯正常，但电机无反应。指导教师要求他先从基础电路和电磁原理入手，使用万用表和示波器进行初步检测，判断是否为电路问题或电机本身故障。1引导问题什么是直流电路与交流电路？它们有何区别？直流/交流电路核心概念01直流电是指方向和时间不作周期性变化的电流，但电流大小可能不固定，从而产生波形。简称DC。1.直流电及其特点直流/交流电路核心概念01（1）稳定性高。电压稳定，不易受到外界因素（如雷电）的影响。（2）传输效率高。在长距离传输中，电能损失较小。（3）适用于电子设备。大多数电子设备内部电路工作需要直流电。（4）不适合短距离电力传输。在短距离电力传输中，由于电阻的存在，电能损失较大。（5）电压调整困难。对于不同的电子设备，可能需要不同的电压，因此需要使用电压调整器。1.直流电的特点直流/交流电路核心概念012.交流电及其特点交流电是指大小和方向都随时间作周期性变化的电流，简称AC。交流电的大小和方向均随时间按正弦规律变化，即交流电的幅值和频率可以改变。常用于家庭电源插座、水力、火力、风力发电站、电网。直流/交流电路核心概念012.交流电及其特点‌（1）交流电的电压和频率可调，便于变压和远距离输电，能够满足不同设备的用电需求。同时，交流电机具有较高的效率和可靠性，维护成本较低。（2）交流电的电流方向和大小不断变化，会产生电磁辐射和噪音，对周围环境和人体健康有一定影响。此外，交流电的短路电流较大，对电气设备和线路的安全性要求较高。013.‌直流电与交流电的转换技术直流/交流电路核心概念直流变交流技术逆变器技术变压器技术机械式换流器交流变直流技术整流器技术滤波器技术开关电源技术电磁感应021.电磁感应现象‌电磁感应现象是指当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动，或者穿过闭合电路的磁感线数量（磁通量B）发生变化时，闭合电路中就会有电流产生，此时产生的电动势称为感应电动势，产生的电流称为感应电流。电磁感应022.磁通量‌设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个面积为S（有效面积S，即垂直通过磁感线的面积）且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度B与面积S的乘积，叫作穿过这个面的磁通量，用符号Φ表示。在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，符号为Wb。故磁通量的计算公式为：Φ=BS其中，Φ——磁通量，单位为Wb；B——磁感应强度，单位为T（特斯拉）；S——有效面积，即垂直通过磁感线的面积，单位为㎡。电磁感应023.感应电动势‌定义：在电磁感应现象中产生的电动势，叫作感应电动势。方向：由低电势指向高电势。产生感应电动势的条件：穿过回路的磁通量发生变化。电磁感应024.安培定则‌电流周围存在磁场的现象称为电流的磁效应。法国物理学家安培确定了电流产生的磁场方向的判断方法，称为安培定则（也叫作右手螺旋定则）。直线电流产生磁场通电线管的磁场025.‌左手定则载流导体在磁场中受到安培力的作用，其所受安培力的方向用左手定则判定，如下图所示。电磁感应026.‌电磁感应定律线圈产生的感应电动势大小可用法拉第电磁感应定律（简称电磁感应定律）来计算。法拉第电磁感应定律指出：闭合线圈产生的感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比，其数学表达式为：E=NΔ/Δt其中：E——电动势，单位为V；N——线圈的匝数；∆Ø——磁通量的变化量，单位为Wb；∆t——磁通量变化所需的时间，单位为s。电磁感应031.‌电机的能量转换电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，驱动电机在电动汽车中被要求承担电动机和发电机的双重功能，即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能，将电能转化为机械能；而在减速和下坡滑行时又被要求进行发电，将车轮的惯性动能转换为电能。电机的基本运行原理041.‌绝缘拆装工具的使用常用电工工具与仪表使用绝缘拆装工具是专门用于带电或可能带电的高压电气设备维修作业的手动工具，其手柄和杆部采用绝缘材料制成，能有效防止电流通过工具传导至操作人员，保障维修安全。042.‌检测仪器的使用数字万用表常用电工工具与仪表使用“开路”及“短路”测试042.‌检测仪器的使用绝缘电阻测试仪常用电工工具与仪表使用“开路”及“短路”测试042.‌检测仪器的使用钳形电流表常用电工工具与仪表使用1项目一驱动电机系统基础与高压安全任务一

驱动电机电学基础任务二

驱动电机技术发展任务三

高压安全防护体系1任务引入李先生计划将家中的燃油汽车更换为新能源电动汽车，在选购过程中，李先生对新能源汽车电机的稳定性与控制性能要求高，不同品牌汽车不同的驱动电机的特点不同，让他感到困惑，不知道该如何根据自己的需求选择合适的驱动电机。如果你是新能源汽车的销售人员，你将如何从驱动电机的类型、应用场景和特点给李先生进行解释。1引导问题请根据查阅资料和自己的认知，简单分析新能源汽车驱动电机的发展现状、应用及趋势。电动汽车电机的发展及性能要求01从19世纪电动汽车驱动电机开始发展，随着20世纪大容量动力电池技术上的技术突破和充电设施的完善与普及，电动汽车行业发展迅猛。驱动电机系统为电动汽车的关键部件，直接影响电动汽车的性能和可靠性。1.电动汽车电机的发展现状电动汽车电机的发展及性能要求01体积小、质量轻全速段高效运行低速大转矩及宽范围的恒功率特性高电压效率高，损耗少，具有制动能量回收功能。安全性使用寿命长2.新能源汽车对驱动电机的性能要求1引导问题请根据查阅资料和自己的认知，简单分析新能源汽车驱动电机的发展现状、应用及趋势。主流电机类型对比02驱动电机是新能源汽车的“心脏”，其性能直接决定了车辆的加速、爬坡、最高速度等关键动力性能和能效水平。电动汽车对驱动电机的核心要求可归纳为“三高两低”：高功率密度（小体积大功率）、高效率（延长续航）、高可靠性，以及低成本、低NVH（Noise（噪声）、Vibration（振动）与Harshness（声振粗糙度））。近年来，驱动电机技术围绕这些目标不断发展，形成了多种技术路线并存的局面。电机的种类多，用途广，功率覆盖面大，而新能源汽车对功率容量、体积、质量、散热等条件的需求，采用的驱动电机种类较少，目前，新能源汽车采用的驱动电机主要包括交流异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机等。驱动电机的概述主流电机类型对比02交流异步电机的定子及转子为独立绕组，两者基于电磁感应原理实现力矩的传递，其转子以低于气隙旋转磁场转速旋转的交流电机，也称为交流感应电机。其简单坚固，成本相对的低廉，但控制系统复杂，存在调速范围小、转矩特性不理想的问题。近年来交流电机之所以得到普遍推广，主要得益于电力电子技术、微处理器技术和交流电动机控制技术的发展。1.交流异步电机主流电机类型对比02永磁同步电机是利用永磁体建立励磁磁场的同步电机，其定子产生旋转磁场，转子采用永磁材料制成，磁场相互作用是转子转动，转速与交流电频率为整数倍关系（视转子线圈绕组数而定）。永磁同步电机具有效率高、转矩和功率密度大、功率因数高、可靠性高和便于维护等优点。2.永磁同步电机主流电机类型对比02开关磁阻电动机的定子和转子铁芯均由硅钢片叠压而成，定、转子冲片均有一齿槽，构成双凸极结构，根据定子和转子片上齿槽的多少，形成不同的极数。开关磁阻电动机的工作原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因此，由磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩。开关磁阻电机结构简单坚固，调速范围宽、调速性能优异、调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高3.开关磁阻电机主流电机类型对比02主流电机类型对比项目常规检查内容交流异步电机永磁同步电机开关磁阻电机转速/r·min-112000-150004000-10000>15000功率密度低高中等功率因数/%82-8590-9360-65峰值效率/%94-9595-9790负载效率90-9285-9778-86恒功率区1:51:2.251:3体积大小小质量大小小运行可靠性好优好调速控制性能好好好控制器成本高高低典型车型的驱动电机应用案例03日本丰田公司于2017年退出第4代Prius驱动电机，其驱动电机峰值功率为53kW，峰值转矩为163N·m，最高转速为17000rpm，转子结构采用全新的“V一”型，并且为了提高磁阻转矩大小在“V”型永磁体槽间加入空气磁障，定转子结构如图1-2-1所示。此外，日本电机工程研究室和一些公司合作推出了一种双层永磁体转子结构的内置式驱动电机，这种结构使得其额定转矩和最大效率区均增加10%，峰值效率最大可达97%以上，主要运行区域的效率高达93%。1.丰田Prius2017驱动电机定子与转子结构典型车型的驱动电机应用案例03美国特斯拉公司于2014年推出的TeslaModelS高速异步交流电机，最大输出功率310kW，峰值转速达16000rpm；2017年量产的Model3永磁同步驱动电机为3相6极电机，采用内置“V”型结构，功率为193kW，转矩为430N·m，并且通过大量的定子轭部油槽提高了定子油冷效果2.特斯拉异步交流电机与永磁同步电典型车型的驱动电机应用案例03比亚迪E6纯电动和秦系列混合电动汽车均使用永磁同步驱动电机，电机性能最大功率和最大转矩分别为110kW和90kW、250N·m和450N·m。比亚迪唐系列混合动力电动汽车和蔚来ES8电动汽车均采用宝马i8类用的前后双电机驱动架构，前者为永磁电机，后者为异步电机。吉利汽车帝豪EV采用了前置单永磁电机，最大功率为96kW，最大转矩240N·m。3.比亚迪秦集成式前驱总成及驱动电机1项目一驱动电机系统基础与高压安全任务一

驱动电机电学基础任务二

驱动电机技术发展任务三

高压安全防护体系1任务引入王师傅是一名新能源汽车维修技师，今天他接到一辆比亚迪汉EV的维修任务，车辆报告“高压系统绝缘故障”。王师傅首先对车辆进行高压系统安全检查，确认断电后方可开始检测。请你作为助手，协助王师傅完成高压系统的安全认知与规范操作。1引导问题高压系统有哪些主要风险点？高压系统结构及风险点01新能源汽车的高压电气系统作为车辆能量管理与动力输出的核心架构，具有高度集成化与模块化的特点。新能源汽车高压电气系统架构高压系统结构及风险点01高压触点风险1.新能源汽车高压系统风险点风险场景电压等级/V电流阈值/mA事故可能性人体接触裸露高压部件300—80050—100高绝缘层老化破损400—100030—80中高潮湿环境下误操作350—75040—90高断电确认不到位600—80060—120高高压互锁失效300—90050—100中高压系统结构及风险点01短路与电弧风险1.新能源汽车高压系统风险点当维修人员从事高压电缆与连接端口的拆装，或者开展电池检测工作之际，若工具意外触碰或操作失误，极有可能引发正负极直接触碰，引发短路情况；在高压插接器拔插或线路断开时，即使电流不大，高电压也足以击穿空气形成电弧。这种电弧温度极高，可导致严重烧伤、引发火灾或爆炸。高压系统结构及风险点01热失控与火灾风险1.新能源汽车高压系统风险点运行与维修环节中，新能源汽车的动力电池均有热失控隐患，当电池进行充放电操作时会生成热量；若冷却系统效率不够或者外部环境温度过高，电池内部温度就会迅速升高。当温度达到121℃及以上，电解液会开始分解并逸出可燃气体；若温度上升至超过200℃，隔膜有熔化风险，会引发电池内部短路，最终引发热失控现象。若电池单体温度持续高于150℃，热失控出现概率达约90%，且可能在60s内引发火焰喷射。在维修阶段，若操作涵盖电池模组的拆卸安装、检查或运送，只要出现外壳破损、机械挤压或冷却液外泄，均会引发热失控，更严重的状况是，热失控一日出现，不仅会造成单体电池爆燃，还能借链式反应影响整个电池包，引发大范围火情。高压系统结构及风险点011.IP67安全防护及绝缘检测新能源汽车的IP67安全防护标准是衡量其动力蓄电池及驱动电机等关键部件防尘和防水能力的重要指标。高压系统结构及风险点01IP67标准的含义1.IP67安全防护及绝缘检测风险场景电压等级/V电流阈值/mA事故可能性0无防护0无防护1防止大于

50mm之物体侵入1水滴滴入到外壳无影响2防止大于

12.5mm之物体侵入2当外壳倾斜到15度时，水滴滴入到外壳无影响3防止大于

2.5mm之物体侵入3水或雨水从60度角落到外壳上无影响4防止大于

1.0mm之物体侵入4液体由任何方向泼到外壳没有伤害影响5无法完全防止灰尘侵入5用水冲洗无任何伤害6完全防止灰尘侵入6可用于船舱内的环境——7可于短时间内耐浸水（1m）——8于一定压力下长时间浸水高压系统结构及风险点012.新能源汽车绝缘监测GB18384-2020《电动汽车安全要求》中对绝缘电阻的要求为：在最大工作电压下，直流电路绝缘电阻应不小于100Ω/V，交流电路应不小于500Ω/V。如果直流和交流的B级电压电路可导电的连接在一起，则应满足绝缘电阻不小于500Ω/V的要求。绝缘电阻测量是新能源汽车高压电气系统绝缘监测技术的基础，能够有效评估系统整体的绝缘性能，一般在动力蓄电池系统内装有一个绝缘监控系统模块来实时监测车辆绝缘性能。1引导问题如何进行高压系统断电操作？新能源汽车高压安全操作规范021.电动汽车高压维修人员规范电动汽车高压系统维修作业人员除了身体素质满足一定要求之外，还须接受必要培训取得相应资格证后才能正式进行电动汽车的维修工作，如获取具备国家应急管理部颁发的“特种作业操作证（低压电工证）新能源汽车高压安全操作规范022.电动汽车高压维修场地规范电动汽车维修工位应相对独立，与常规维修区、客户休息区、易燃品存储区等物理隔离，设立明显的“高压作业区”或“新能源专用工位”标识新能源汽车高压安全操作规范022.电动汽车高压维修场地规范操作人员防护装备及绝缘检测用具

a.绝缘手套b.绝缘鞋c.防护服d.绝缘帽e.绝缘垫新能源汽车高压安全操作规范022.电动汽车高压维修场地规范绝缘检修工具主要包括绝缘组合工具以及绝缘检测仪器仪表

a.绝缘工具套组b.万用表c.绝缘电阻测试仪新能源汽车高压安全操作规范022.电动汽车高压维修场地规范安全警示标识

a.隔离围栏b.警示牌新能源汽车高压安全操作规范022.电动汽车高压维修场地规范防护装备及绝缘检测用具检查

防护装备或绝缘检修工具常规检查内容绝缘手套检查表面是否光滑，应当无霉变、针孔、裂纹、砂眼、割伤等明显缺陷或明显波纹；检查是否有粘连和漏气现象。绝缘鞋检查绝缘鞋底以