新能源汽车驱动电机及控制系统检修（微课版） 课件3.驱动电机控制器的结构与检修

主编余红燕

李宁

吕炳蔚新能源汽车驱动电机及控制系统检修

（微课版）福建省职业教育精品在线开放课程配套教材新编新世纪高等职业教育精品教材·汽车类目录新能源汽车的电驱动系统010204030506驱动电机的结构与检修驱动电机控制器的结构与检修驱动电机冷却系统的结构与检修减速机构的结构与检修新能源汽车能量管理系统认知驱动电机控制器的结构与检修033.1驱动电机控制器结构与原理一、驱动电机控制器概述驱动电机控制器是控制电机驱动整车行驶的控制单元，属于新能源汽车核心部件。驱动电机控制器具有CAN通信、过电流保护、过载保护、欠电压保护、过电压保护、缺相保护、能量回馈、限功率、高压互锁、故障上报等功能。驱动电机控制器相关技术比较成熟，它具有集成度高、功率密度高、使用寿命长、输出稳定等特点。驱动电机控制器是控制动力蓄电池与驱动电机之间能量传输的装置。驱动电机控制器通过集成电路的主动工作控制驱动电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作。它使驱动电机应用范围更广、输出效率更高、噪声更小。驱动电机控制器一般安装在前机舱内驱动电机的上部。其通过CAN通信控制动力蓄电池与驱动电机之间的能量传输，同时采集电机位置信号和三相电流检测信号，精确地控制驱动电机运行。3.1驱动电机控制器结构与原理二、驱动电机控制系统（一）驱动电机控制系统组成及功用驱动电机控制系统由驱动电机、高压配电设备、驱动电机控制器、高低压线束和相关传感器等组成。整车控制器根据驾驶员意图发出各种指令，驱动电机控制器响应并反馈，实时调整驱动电机输出，以实现整车的怠速、前进、倒车、停车，制动能量回收以及驻坡等功能。驱动电机控制系统核心功能依托驱动电机控制器实现，具体如下：（1）怠速控制（爬行）；（2）控制电机正转（前进）；（3）控制电机反转（倒车）；（4）制动能量回收（交流电转换为直流电）；（5）驻坡（防溜车）。同时，驱动电机控制系统可通过驱动电机控制器完成通信和系统保护，实时开展状态和故障检测，保障车辆安全运行，实现故障反馈。3.1驱动电机控制器结构与原理二、驱动电机控制系统（二）驱动电机控制器结构组成驱动电机控制器是驱动电机的控制中心，其以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，对所有的输入信号进行处理，并将自身运行状态信息通过网络发送至整车控制器。驱动电机控制器内含故障诊断电路，当诊断出异常时，它将会激活一个错误代码（故障码）并发送至整车控制器，同时也会存储该故障码和数据。驱动电机控制器使用以下传感器提供驱动电机的工作信息：（1）电流传感器，用于检测电机工作的实际电流（包括母线电流、三相交流电流）；（2）电压传感器，用于检测供给至驱动电机控制器工作的实际电压（包括动力蓄电池电压、12V蓄电池电压）；（3）温度传感器，用于检测驱动电机控制系统的工作温度（包括IGBT模块温度、驱动电机控制器板载温度）。3.1驱动电机控制器结构与原理二、驱动电机控制系统（二）驱动电机控制器结构组成（1）控制主板。控制主板与整车控制器通信，监测直流母线电流，控制IGBT模块工作状态，监控高压线束的绝缘和连接情况，并反馈相关信息。IGBT模块的温度信号、旋转变压器信号经过处理后反馈给电机控制单元。（2）超级电容和放电电路。超级电容是一种以电场形式储存能量的无源器件。电机启动时，超级电容能够将储存的能量释放至电路。接通高压电路时，超级电容进行充电；断开高压电路时，超级电容通过与其并联的放电电阻完成放电。电源电压发生波动时，超级电容随之充放电。当驱动电机控制器带动的电机或放电电路发生故障时，有可能会导致高压断电。3.1驱动电机控制器结构与原理二、驱动电机控制系统（二）驱动电机控制器结构组成（3）IGBT模块。IGBT模块是由双极型晶体管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET高输入阻抗和GTR低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合以上两种器件的优点，驱动功率小且饱和压降低，是驱动电机控制器实现电压变换与传输的核心。（4）DC/DC变换器。驱动电机控制器一般内部集成DC/DC变换器。其功能是将动力蓄电池的高压电变换为低压电，为整车低压系统供电。3.1驱动电机控制器结构与原理二、驱动电机控制系统（二）驱动电机控制器结构组成（5）冷却器。驱动电机控制器主要发热部件是功率半导体器件IGBT和FRD，二者集成封装为动力模块（功率模块），需要对其进行高效率的冷却。冷却方式分为风冷和水冷两种。大功率逆变器一般采用水冷方式。功率半导体器件借助动力模块内部绝缘印制电路板和散热板，通过冷却器实现冷却。因此，降低热阻与提高冷却器能力至关重要。为提高散热能力，新技术一般采用将功率半导体器件直接安装在冷却器上的直接冷却构造与双面冷却方式。直接冷却构造中，线性膨胀系数较高的冷却器的热应力直接作用于绝缘印制电路板，因此，如何确保热收缩的长期可靠性是一个重要的问题。3.1驱动电机控制器结构与原理二、驱动电机控制系统（三）驱动电机控制器原理及工作模式驱动电机控制器包括功率电路、驱动与保护电路、控制电路三部分。其中，功率电路用于进行能量的变换；驱动与保护电路用于实现对功率模块的驱动控制与故障保护；控制电路用于实现电机的转矩和转速控制与整车通信等功能。驱动电机的输出动作主要依靠控制器给定的命令，即控制器输出命令。控制器将输人的直流电逆变为电压、频率可调的三相交流电，供至配套的驱动电机使用，通过电机的正转实现整车加速、前进，通过电机的反转实现倒车。3.1驱动电机控制器结构与原理二、驱动电机控制系统（三）驱动电机控制器原理及工作模式驱动电机控制器具有以下工作模式：（1）转矩控制模式。驱动电机控制器可实现电机四象限的转矩控制。由于没有转矩传感器，转矩指令（由整车控制器发送）被转换为电流指令，并进行闭环控制。转矩控制模式只有在获得正确的初始偏移角度时才能进行。（2）静态模式。该模式在驱动电机控制器处于被动状态（待机状态）或故障状态时被激活。（3）主动放电模式。该模式用于高压直流端电容的快速放电。主动放电指令来自整车控制器或由驱动电机控制器内部故障触发。（4）DC/DC直流变换模式。驱动电机控制器中的DC/DC变换器将高压直流端的高压电变换为指定的直流低压电，低压电设定值来自整车控制器指令（5）系统诊断模式。当故障发生时，软件根据故障级别使驱动电机控制器进入安全状态或限制状态。3.1驱动电机控制器结构与原理二、驱动电机控制系统（三）驱动电机控制器原理及工作模式驱动电机控制器电气系统中，整车控制器接收PEPS、加速踏板、制动灯开关等部件的信号，通过P-CAN总线、唤醒信号、高压互锁等线路与驱动电机控制器通信。驱动电机控制器依据整车控制器指令，可实现转矩控制、静态、主动放电、DC/DC直流变换等工作模式，并具备系统诊断功能，同时通过三相线束、旋变线路、温度传感器线路管控驱动电机，借助DC/DC变换器为低压蓄电池供电，实现整车驱动系统的精准控制、故障保护及高低压能量转换。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（一）功率半导体器件功率半导体器件是指可直接用于处理电能的主电路，实现电能变换或控制的电子器件。按照开关控制性能，其分为不可控型器件、半控型器件和全控型器件。不可控型器件为无控制端口的二端器件，不具备可控开关功能，如功率二极管；半控型器件为有控制端口的三端器件，但其控制端在器件导通后失去控制功能，即无关断能力，关断必须借助外部条件，晶闸管及其大部分派生器件均属于这一类器件；全控型器件也是有控制端口的三端器件，但其控制端具有控制器件导通和关断的双重功能，也称为自关断器件，GTO、GTR、IGBT均属于这一类器件。在实际应用中，一般将控制电路、驱动电路和以功率半导体器件为核心的主电路组成一个系统。目前常用的功率半导体器件主要有门极关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、MOS门控晶闸管（MCT）等。从新能源汽车的应用上看，MOSFET、IGBT具有较好的应用前景。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（一）功率半导体器件（1）功率二极管（不可控型器件）。1）PN结与功率二极管的工作原理。功率二极管以半导体PN结为基础，实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成。从外形上看，其可以有螺栓型、平板型等多种封装。功率二极管的基本原理为：①当PN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上形成自P区流人、从N区流出的电流，称为正向电流，此时为PN结的正向导通状态。②当PN结外加反向电压（反向偏置）时，反向偏置的PN结表现为高阻态，几乎没有电流流过，此时为PN结的反向截止状态。③PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大时，反向电流将急剧增大，从而破坏PN结反向截止状态，该情况称为反向击穿。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（一）功率半导体器件（1）功率二极管（不可控型器件）。2）功率二极管的基本特性。①静态特性。当功率二极管承受的正向电压达到一定值（门槛电压U）时，正向电流I才开始明显增加，此时，其处于稳定导通状态。与正向电流I对应的功率二极管两端的电压U即为其正向导通压降。当功率二极管承受反向电压U时，只有少数载流子引起微小的漏电流，反向电流数值基本不随电压而变化。当反向电压超过一定数值后，功率二极管的反向电流迅速增大，其被击穿。②动态特性。因为结电容的存在，功率二极管在零偏置（外加电压为零）、正向偏置和反向偏置三种状态之间转换的过程，会经历一个过渡阶段。在这些过渡阶段中，PN结的一些区域需要一定的时间来调整其带电状态，因而其电压-电流特性不能用前述的伏安特性进行描述，而是呈现出随时间变化的规律，这就是功率二极管的动态特性。动态特性通常专指器件在导通与关断转换过程中的开关特性。动态特性的概念虽然由功率二极管引出，但可以推广应用于其他电力电子器件。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（一）功率半导体器件（1）功率二极管（不可控型器件）。功率二极管由正向偏置转换为反向偏置时的动态过程为：当原处于正向导通状态的功率二极管的外加电压从正向变为反向时，该功率二极管并不能立即关断，而是经过一个短暂的时间才能获得反向阻断能力，进入反向截止状态。功率二极管在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲，这是因为其正向导通时，P区内的电子和N区内的空穴（即少数载流子，简称少子）在PN结两侧积累储存，储存的大量少子清除、复合消散后，功率二极管才能达到反向偏置稳态，实现可靠关断。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（一）功率半导体器件（2）IGBT（全控型器件）.MOSFET具有驱动方便、开关速度快等优点，但导通后呈现电阻性质，在电流较大时的压降较高，而且器件的容量较小，仅能适用于小功率装置。GTR的饱和压降低、容量大，但其为电流驱动，驱动功率较大，开关速度低。IGBT将MOSFET与GTR复合，除具有MOSFET的电压型驱动、驱动功率小的特点，同时具有GTR饱和压降低、可耐高电压和大电流等优点，其开关频率虽低于MOSFET，但高于GTR。目前IGBT已基本取代GTR，成为在工业领域应用最广泛的功率半导体器件之一。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（一）功率半导体器件（2）IGBT（全控型器件）.1）结构与工作原理。IGBT的内部结构、等效电路及电路符号如图3-1-7所示。当器件承受正向电压，而栅极的驱动电压小于阈值电压时，IGBT的N~层与P~层间的PN结J2反偏，IGBT处于关断状态。当驱动电压升高至阈值电压时，由于其电场的作用，栅极下P~区中会出现一条导电沟道，从而使IGBT导通。此时J。处于正偏状态，因而有大量空穴从P区注入N区域，使N~区域中的载流子浓度大大增加，产生电导调制效应，从而降低IGBT的正向压降。当撤去栅极的电压后，栅极下的导电沟道消失，从而停止了从N区经导电沟道向N~区注人电子，IGBT开始进入关断过程。但由于IGBT在正向导通时N区（基区）含有大量载流子，因而它并不能立刻关断，直到N区中的剩余载流子消失，IGBT才进入关断状态，故IGBT的关断延迟时间td（off）

比MOSFET要长一些。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（一）功率半导体器件（2）IGBT（全控型器件）.2）基本特性。与MOSFET类似，IGBT集电极电流与栅射电压间的关系为转移特性，集电极电流与栅射电压、集射电压之间的关系为输出特性。在IGBT导通过程中，IGBT等效的MOSFET起主要作用，因此该过程与MOS-FET十分相似。从驱动电压UGE上升至其幅值的10%至集电极电流IC上升到稳态值的10%的时间称为导通延迟时间td（on），IC从10%稳态值上升至90%稳态值的时间称为上升时间tr。IGBT的导通时间ton为导通延迟时间与上升时间之和。在IGBT导通过程中，集射极电压UCE的下降过程分为陡降阶段tfv1和缓降阶段tfv2。陡降阶段是由于MOSFET迅速导通而形成，缓降阶段中由于MOSFET的栅漏电容增加，且IGBT中的PNP品体管由放大状态转入饱和导通状态需要经历一个过程，因此电压下降较缓慢。IGBT关断过程中，从驱动电压Uc下降至其幅值的90%到集电极电流I。下降为稳态值的90%的时间称为关断延迟时间taop，集电极电流I。从稳态值的90%下降至10%的时间称为下降时间t，两者之和为关断时间tom。同样，集电极电流I。的下降过程也分为陡降阶段tm和缓降阶段t2。陡降阶段是由于MOSFET快速关断所形成，缓降阶段是由于N基区中的少子复合缓慢造成，此阶段的电流又称为拖尾电流。较长时间的拖尾电流会产生较大的关断损耗。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（二）AC/DC变换器AC/DC变换器又称整流器，是将交流电变换为直流电的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路、滤波器等组成。（1）单相半波整流电路。单相半波整流电路实际应用较少，但其电路简单、结构清晰、易于理解，便于深人理解整流原理。单相半波整流电路只用一个整流器件（功率二极管、晶闸管或IGBT等）。当电源电压为正半周期时，二极管VD因承受正向电压而导通，若忽略二极管导通压降，则电源电压全部施加在负载上；当电源电压为负半周期时，二极管VD承受反向电压而关断，此时负载电压为零。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（二）AC/DC变换器（2）单相桥式整流电路。二极管VD1、VD串联构成一个桥臂，二极管VD2、VD，串联构成另一个桥臂。将VD1、VD。的阴极连在一起构成共阴极，将VD2、VD：的阳极连在一起构成共阳极。交流电源与整流桥之间有变压器T，其二次侧电压为u2，感性负载可等效为电感与电阻的串联，跨接在共阳极与共阴极之间。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（二）AC/DC变换器（3）三相桥式整流电路。三相桥式整流电路是由两组三相半波整流电路串联而成的，一组采用共阴极连接，另一组采用共阳极连接，这种整流电路不再需要变压器中点。VD、VD、VD。构成共阴极三相半波整流支路，VD2、VD4、VD。三相桥式整流电路工作时，共阴极的三个二极管中，阳极交流电压最高的二极管优先导通，而另外两个二极管因承受反压处于关断状态；同理，共阳极的三个二极管中，阴极交流电压最低的二极管优先导通，而另外两个二极管因承受反压处于关断状态。即在该电路工作过程中，共阴极组和共阳极组中各有一个二极管处于导通状态。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（二）AC/DC变换器（3）三相桥式整流电路。图中，u2表示三相整流变压器二次侧相电压的幅值基准；ua、ub、uc。为变压器二次侧a、b、c三相相电压瞬时波形，其为三相对称、相位互差120°的正弦波，是二极管的阳极/阴极输入电压；横坐标wt为电角度，w为交流电源角频率，t为时间；wt1、wt2为自然换相点，是三相相电压交点，对应二极管导通切换的时刻。u21为三相桥式整流电路直流输出电压瞬时值，波形为线电压包络线，周期为π/3；ud为整流输出电压平均值（直流平均电压），是输出电压的恒定直流分量；“uab、ubc、uca、uba、ucb、uac。为变压器二次侧6个线电压瞬时波形，三相桥式整流本质是对线电压进行整流。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（三）DC/AC变换器DC/AC变换器又称逆变器，是应用电力电子器件将直流电转换成交流电的一种变流装置，供交流负载用电或向交流电网并网发电。随着石油、煤炭和天然气等传统能源的日益减少，新能源的开发和利用越来越受到重视，逆变器的应用更加广泛。（1）三相电压型桥式逆变电路。如果将三相负载Za、Zb、Zc作为三相整流电路变压器的三个绕组，那么三相电压型桥式逆变电路即为三相桥式可控整流电路与三相桥式不可控整流电路的反并联。其中，可控整流电路用来实现直流到交流的逆变功能，不可控整流电路为感性负载电流提供续流回路，完成电流续流或能量反馈，因此二极管VD1，至VD6称为续流二极管或反馈二极管。三相电压型桥式逆变电路开关器件的导通次序和整流电路相同，VT1、VT2、VT3各器件的驱动信号依次互差60°（电角度）。根据各器件导通时间的长短，分为180°（电角度）导通型和120°（电角度）导通型两种。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（三）DC/AC变换器（2）三相电流型逆变电路。在电流电源上串联大电感，直流侧经大电感滤波后相当于电流源；大电感可缓冲无功能量，无须为开关器件反并联功率二极管。在输入直流电流的每个周期中，按照一定的规律控制开关器件的导通与关断，其基本的工作方式为每个桥臂在一个周期内导通120°（电角度），每个时刻上下桥臂组中各有一个桥臂导通，换流方式为横向换流。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（四）DC/DC变换器DC/DC变换器是一种将直流电转换为另一电压等级直流电的电力电子装置。它通过对开关器件的精确控制，实现输人直流电压到输出直流电压的变换，具有效率高、体积小、重量轻等优点，在新能源汽车、新能源发电、电力电子变压器等领域有着广泛应用。DC/DC变换器根据输入与输出之间是否存在电气隔离，可分为隔离型和非隔离型两类。隔离型DC/DC变换器通过变压器实现输人与输出的电气隔离，能够提高系统的安全性和可靠性，如正激变换器、反激变换器、半桥变换器和全桥变换器等。非隔离型DC/DC变换器则直接通过电感、电容等储能元件实现电压变换，结构简单、成本低廉，包括Buck变换器（降压）、Boost变换器（升压）、Buck-Boost变换器（升降压）以及Cuk变换器等。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（四）DC/DC变换器（1）降压斩波电路。当t=0时，开关器件V导通，电源向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。当t=t1时，开关器件关断，二极管VD续流，负载电压近似为零，负载电流呈指数曲线下降。通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（四）DC/DC变换器（2）升压斩波电路。电路中假设电感L和电容C的值很大。开关器件V处于导通状态时，电源向电感充电，电流i1恒定，电容向负载R供电，输出电压uo恒定。开关器件处于关断状态时，电源和电感同时向电容充电，并向负载提供能量。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（四）DC/DC变换器（3）升降压斩波电路。当开关器件V导通时，电源经开关器件向电感L供电使其储能，此时电流为i1。同时，电容C维持输出电压恒定并向负载R供电。当开关器件关断时，电感的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（五）典型电机变频器的结构与工作原理（1）电机变频器的结构。电机变频器的硬件主要由整流器、中间直流环节（滤波环节）、逆变器、控制电路四部分组成。其中，控制电路包含运算电路、检测电路、驱动电路、控制信号输人输出电路、微处理单元等。电网侧整流器将三相（单相）交流电整流为直流电，经中间直流环节滤波后，由负载侧逆变器（多为三相桥式逆变电路，由6个半导体主开关器件构成）将直流电逆变为频率、电压可调的交流电，同时配置制动控制单元实现能耗制动。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（五）典型电机变频器的结构与工作原理（2）电机变频器的工作原理。电机变频器通过整流一滤波一逆变的电能变换过程实现调速与节能：先由整流器将工频交流电变换为直流电，经中间直流环节滤波后，依靠内部IGBT功率器件的高频通断，控制逆变器输出电压、频率可调的交流电，匹配电机运行需求。1）整流过程。整流器的主要功能是将交流电转变为直流电。新能源汽车减速时，驱动电机转变为交流发电机，车载电力电子箱中的功率变换器将交流电转变为直流电，实现制动能量回收，并将能量储存于动力蓄电池包中。电机U相正极回收的电能经过VD1，回到动力蓄电池包正极，动力蓄电池包负极流出的电流经VD6回到电机W相负极。电机V相正极回收的电能经过VD2，回到动力蓄电池包正极，动力蓄电池包负极流出的电流经过VD4回到电机U相负极。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（五）典型电机变频器的结构与工作原理（2）电机变频器的工作原理。1）整流过程。电机W相正极回收的电能经过VD3回到动力蓄电池包正极，动力蓄电池包负极流出的电流经过VD5，回到电机V相负极。在整流过程中，VD1、VD2、VD3中正极电位最高者导通，VD4、VDs、VD6中负极电位最低者导通，依次循环，在动力蓄电池包两端得到较为平稳的脉冲直流电压。车辆制动时，驱动电机作为发电机运行，将车辆行驶的动能转变为电能并产生三相交流电，交流电经变频器变为直流电后反馈至动力蓄电池，实现再生制动。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（五）典型电机变频器的结构与工作原理（2）电机变频器的工作原理。2）逆变过程。逆变过程和整流过程是相对应的，逆变器的主要功能是把直流电转变成交流电。逆变可以被分为有源逆变和无源逆变。当交流侧连接电网时，称为有源逆变；当交流侧直接与负载连接时，称为无源逆变。三相电压型逆变电路由三个单相逆变电路组成。在三相电压型逆变电路中，三相桥式逆变电路的应用最为广泛。逆变电路的直流侧一般只设置一个电容器。电机的三相绕组简化为电路中的三相负载，6个IGBT组成三相桥式逆变电路，各IGBT反并联一只续流二极管。其中，由IGBT组成的三相桥式逆变电路完成直流与交流的逆变，续流二极管完成无功能量的续流或反馈。这种三相电压型逆变电路在电机控制系统的变频调速中运用广泛。3.1驱动电机控制器结构与原理三、功率变换器（五）典型电机变频器的结构与工作原理（2）电机变频器的工作原理。2）逆变过程。逆变电路工作过程为：电机控制器通过控制逆变模块中IGBT的导通与关断状态将直流电转变为交流电。当IGBT2和IGBT4导通时，电流从电池正极流经IGBT2到电机，电流从电机的V相绕组流入人，从U相绕组流出，再通过IGBT4，回到电池负极，形成回路。电机中V相和U相通电后产生磁场，与转子磁场相互作用，驱动转子转过120°转角。当IGBT1和IGBT6导通时，电流从电池正极流经IGBT1到电机，电流从电机的W相绕组流人，从V相绕组流出，再通过IGBT6回到电池负极，形成回路。电机中W相和V相通电后产生磁场，与转子磁场相互作用，驱动转子转过120°转角。当IGBT1和IGBT6导通时，电流从电池正极流经IGBT1到电机，电流从电机的U相绕组流人，从W相绕组流出，再通过IGBT6回到电池负极，形成回路。电机中U相和W相通电后产生磁场，与转子磁场相互作用，驱动转子转过120°转角。3.1驱动电机控制器结构与原理四、驱动电机及其控制器应用（一）吉利帝豪EV450驱动电机控制器吉利帝豪EV300、EV350、EV450、GSe驱动电机控制器的功能相同，且都安装在前机舱驱动电机的上方。项目参数单位额定功率42kW峰值功率120kW额定转矩105N·m峰值转矩250N·m最高转速12000r/min电机旋转方向（从轴伸端看）逆时针旋转—温度传感器类型NTC—3.1驱动电机控制器结构与原理四、驱动电机及其控制器应用（一）吉利帝豪EV450驱动电机控制器吉利帝豪EV450驱动电机控制器内部包含1个DC/AC变换器（逆变器）和1个DC/DC变换器。逆变器由IGBT、直流母线电容、驱动和控制电路板等组成，实现直流电（可变的电压、电流）与交流电（可变的电压、电流、频率）之间的转换。DC/DC变换器由高低压功率器件、变压器、电感、驱动和控制电路板等组成，实现直流高压向直流低压的能量传递。驱动电机控制器还包含冷却器（通过冷却液）为电子功率器件散热。3.1驱动电机控制器结构与原理四、驱动电机及其控制器应用（一）吉利帝豪EV450驱动电机控制器电机温度传感器信号、电机旋变信号通过低压信号接口输送至驱动电机控制器，以便驱动电机控制器更加精确地对驱动电机进行控制。同时通过动力总线（P-CAN总线）与车辆其他电控单元交换信息。驱动电机控制器作为高压组件，高压互锁输人和输出也通过低压信号接口完成。3.1驱动电机控制器结构与原理四、驱动电机及其控制器应用（二）比亚迪秦EV2023冠军版电动力总成比亚迪八合一电动力总成是比亚迪e平台3.0的核心集成化部件，它将驱动电机、驱动电机控制器、减速器、车载充电机（OBC）、DC/DC变换器、整车控制器、电池管理系统以及高压配电箱（PDU）八大核心模块高度集成于一体，实现了机械动力与高压电控的一体化设计，大幅缩减体积与重量，提升系统效率与可靠性，同时简化整车布局，是比亚迪纯电车型高效、节能、紧凑化动力架构的关键支撑。3.1驱动电机控制器结构与原理四、驱动电机及其控制器应用（二）比亚迪秦EV2023冠军版电动力总成（1）八合一电动力总成组成及作用。1）驱动电机：动力输出的核心，将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。2）驱动电机控制器：电驱动系统的“大脑”，控制电机的转速、转矩和方向（逆变功能是其核心功能）。3）减速器：降低电机的高转速，并放大扭矩，传递给车轮。4）车载充电机：将交流充电桩的交流电转换为直流电，为动力蓄电池充电。5）DC/DC变换器：也称直流变换器，其将动力蓄电池包的高压直流电转换为12V低压直流电，为整车低压用电器（如车灯、音响、ECU）供电。6）整车控制器：整车的“最高决策中枢”，协调车辆动力、制动能量回收、热管理等各系统。7）电池管理系统：动力蓄电池包的“专属医生”，负责监测电池状态（电压、温度、电量），进行均衡管理、热管理控制，并估算剩余续航里程。8）高压配电箱：电能传输的“枢纽”和“开关站”，负责将动力蓄电池包的高压电安全、合理地分配给驱动系统、空调压缩机、PTC加热器等。3.1驱动电机控制器结构与原理四、驱动电机及其控制器应用（二）比亚迪秦EV2023冠军版电动力总成（2）驱动电机控制器的功能及应用。在八合一电动力总成中，驱动电机控制器是技术含量最高的核心部件之一，其功能如下：1）逆变功能：这是其最核心的功能。其将动力蓄电池输出的直流电逆变为驱动电机所需的三相交流电，并精确控制交流电的频率、电压和相位。2）扭矩与转速控制：接收VCU的指令，通过调节输出电流的大小和频率，精确控制电机的输出扭矩和转速，实现车辆的加速、减速和巡航。3）制动能量回收控制：在车辆滑行或制动时，驱动电机转变为发电机模式。此时，驱动电机控制器从逆变模式切换到整流模式，将驱动电机产生的三相交流电整流为直流电，回充至动力蓄电池，实现制动能量回收，提升续航里程。4）保护功能：实时监控系统状态，对过压、欠压、过流、过热、短路等故障进行诊断和保护，确保系统安全。5）通信功能：其通过CAN总线与VCU、BMS等其他控制器进行实时数据交互，是整车网络的关键节点。3.1驱动电机控制器结构与原理四、驱动电机及其控制器应用（二）比亚迪秦EV2023冠军版电动力总成（3）驱动电机控制器的关键技术应用。1）IGBT/SiC功率半导体：其是驱动电机控制器的“心脏”。比亚迪自研的IGBT4.0或更先进的SiC功率模块具有开关频率高、损耗低的特点，能显著提升控制效率，尤其在秦EV这类注重经济性的车型上，能有效降低电耗。2）先进控制算法：使用矢量控制等先进算法，实现对电机磁场和转矩的解耦控制，使电机响应更快、运行更平稳、效率更高。3）高效热管理：由于工作产生大量热量，将驱动电机控制器集成在八合一电动力总成中，与驱动系统共享冷却回路，实现更高效、紧凑的热管理。3.2驱动电机控制器检查与保养一、驱动电机控制器故障分类、等级及控制策略（一）驱动电机控制器的故障分类驱动电机控制器的故障一般分为以下几类：（1）电流故障：与三相交流电流相关的故障，包括不同级别的过流故障、电流变化率故障、三相电流不均衡故障等。（2）电压故障：包括直流母线电压欠压、过压，12V/24V控制电压欠压、过压，驱动电路欠压，芯片供电欠压等。（3）速度故障：包括不同级别的电机超速。（4）温度故障：与电机及其控制器的温度相关的故障，包括控制器电路板温度、IGBT温度、电机温度、冷却液温度过高等。（5）传感器故障：与电流传感器、速度传感器（包括旋转变压器解码芯片上报的故障代码）、温度传感器、电压传感器等传感器模块本身功能相关的故障，例如传感器对地短路、传感器超出量程、传感器失效等。3.2驱动电机控制器检查与保养一、驱动电机控制器故障分类、等级及控制策略（一）驱动电机控制器的故障分类驱动电机控制器的故障一般分为以下几类：（6）通信故障：包括CAN通信以及其他通信方式相关的各种故障。（7）内存故障：进行EEPROM等的读写和校验时的故障。（8）电机本体故障：缺相故障、绕组匝间短路故障等。（9）其他故障：主动放电故障、HVIL故障、时钟故障、转矩安全故障、自学习故障等。驱动电机控制器故障包括软件故障和硬件故障。软件故障通常是由软件程序损坏或数据丢失造成，需要通过专业设备进行软件编程和数据更新来解决，但这类故障较少驱动电机控制器的故障主要发生在硬件部分，即控制器内部的电子元器件损坏，这类硬件故障的维修专业性较强，需要维修人员具备较扎实的知识和维修技能基础，这也是目前制约新能源汽车维修从业人员技术水平的关键因素3.2驱动电机控制器检查与保养一、驱动电机控制器故障分类、等级及控制策略（二）驱动电机控制器的故障等级及控制策略驱动电机控制器的故障等级一般可以分为3~5级，不同的故障等级采取的控制策略也不同（以5级为例）。故障等级及控制策略如下：（1）一级故障：系统报警；控制策略：将报警信息传递给驾驶员，性能输出不受影响。（2）二级故障：轻微故障；控制策略：车辆降功率运行，故障条件不成立时自动恢复。（3）三级故障：一般故障；控制策略：车辆进入故障模式并停机，故障条件不成立时，通过通信或其他方式恢复。（4）四级故障：一般故障；控制策略：车辆进入故障模式并停机，故障条件不成立时，需通过钥匙断电并重新上电才能恢复。（5）五级故障：严重故障；控制策略：立即停机（开路或短路），断开高压并快速放电，需停车。3.2驱动电机控制器检查与保养二、驱动电机控制器工作状态检查（一）驱动电机控制器工作情况（电源电压）检查（1）操作启动开关使电源模式置于OFF状态。断开驱动电机控制器线束插接器BV11。操作启动开关使电源模式置于ON状态。（2）用万用表测量电机控制器线束插接器BV11的25号端子与车身搭铁之间的电压。（3）用万用表测量驱动电机控制器线束插接器BV11的26号端子与车身搭铁之间的电压。标准电压为11~14V，确认测量值是否符合标准。3.2驱动电机控制器检查与保养二、驱动电机控制器工作状态检查（一）驱动电机控制器工作情况（电源电压）检查端子号线色端子说明端子号线色端子说明1Br整车高压互锁输入17W接电机旋变正弦-4W/P整车高压互锁输出20Y/V整车动力CAN-H5Br/W接电机温度传感器R2+21G/V整车动力CAN-L6R接电机温度传感器R2-22Y接电机旋变励磁-7L/R接电机温度传感器R1+23Gr/W接电机旋变余弦+10B屏蔽搭铁24R接电机旋变正弦+11B搭铁25P/W启动电源K1513W/G接电机温度传感器R1-26Pr/W蓄电池电源KL3015G接电机旋变励磁+27W标定CAN-H16P接电机旋变余弦-28Yv标定CAN-L3.2驱动电机控制器检查与保养二、驱动电机控制器工作状态检查（二）驱动电机控制器工作温度检查以比亚迪车型为例，进行驱动电机控制器工作温度检查。（1）取出故障诊断仪，并按要求连接故障诊断仪。（2）打开车门，在仪表台下方找到OBD诊断接口，并将故障诊断仪连接到OBD诊断接口上。（3）打开启动开关，打开故障诊断仪电源，按照“诊断一选择品牌一车型选择一控制单元诊断一动力模块VTOG读数据流”顺序依次进入相应界面，待故障诊断仪与车辆通信完成后，在显示屏上查看驱动电机控制器IGBT当前工作温度和工作电压。3.2驱动电机控制器检查与保养三、驱动电机控制器性能检查（一）驱动电机控制器低压插接器的断开操作前，先铺设翼子板垫和车内防护套装，准备绝缘工具、绝缘手套、车辆维修手册等，并检查绝缘测试仪。（1）打开DC/DC变换器输出端子盖板，拆卸DC/DC变换器输出端子紧固螺母从驱动电机控制器上拆下DC/DC变换器输出端子。（2）向外拉动驱动电机控制器低压线束插接器锁止把手，驱动电机控制器低压线束插接器从插座上解除锁止，从驱动电机控制器上取下低压线束插接器。3.2驱动电机控制器检查与保养三、驱动电机控制器性能检查（二）驱动电机控制器高压插接器的断开（1）吉利帝豪EV450车型。1）操作前，先铺设翼子板垫和车内防护套装，准备绝缘工具、绝缘手套、车辆维修手册等，并校验绝缘测试仪。2）拆卸驱动电机控制器侧三相线束插接器紧固螺栓。3）拆卸驱动电机控制器盖板紧固螺栓。4）取下驱动电机控制器盖板。5）拆卸驱动电机控制器内部的三相线束插接器端子紧固螺栓。6）从驱动电机控制器上取下三相线束插接器端子3.2驱动电机控制器检查与保养三、驱动电机控制器性能检查（二）驱动电机控制器高压插接器的断开（2）比亚迪车型。1）操作前，先铺设翼子板垫和车内防护套装，准备绝缘工具、绝缘手套、车辆维修手册等，并校验绝缘测试仪。2）拆卸四合一电控箱前方的驱动电机三相线束端子插接器紧固螺栓。3）从四合一电控箱上取下驱动电机三相线束端子插接器。3.2驱动电机控制器检查与保养三、驱动电机控制器性能检查（三）驱动电机控制器绝缘电阻检查（1）按照上述方法拆卸驱动电机控制器三相线束插接器。（2）将绝缘测试仪的测试电压调整到1kV挡位，将黑表笔夹至驱动电机控制器壳体，红表笔与驱动电机控制器三相线束端子连接片可靠接触。（3）按下绝缘测试仪的“TEST”（测试）按钮，开始测量驱动电机控制器绝缘电阻，绝缘阻值应不低于50M0。注意：每次测量时间不超过15s。（4）再次按下绝缘测试仪“TEST”（测试）按钮，停止当前端子的测量。按照上述方法依次测量其余端子的绝缘电阻值。3.2驱动电机控制器检查与保养四、驱动电机控制器更换（一）吉利帝豪EV450驱动电机控制器总成更换（1）打开前机舱盖并铺设翼子板垫，断开蓄电池负极电缆并等待至少5min。（2）向上推动图所示箭头处直流母线插接器卡扣保险，并断开直流母线连接充电机端插接器。注意：拆卸直流母线需佩戴绝缘手套，拆卸后使用万用表直流1000V挡位测量直流母线端正负极电压，测量值低于1V方能进行后续操作。（3）在前机舱内拆卸驱动电机控制器上盖的8颗紧固螺栓，并取下驱动电机控制器上盖。3.2驱动电机控制器检查与保养四、驱动电机控制器更换（一）吉利帝豪EV450驱动电机控制器总成更换（4）拆卸驱动电机控制器高压线。首先，拆卸驱动电机三相线束插接器（驱动电机控制器侧）紧固螺栓1；其次，拆卸驱动电机三相线束端子（驱动电机控制器侧）紧固螺栓2，脱开三相线束；再次，拆卸驱动电机控制器高压线束插接器（驱动电机控制器侧）紧固螺栓3；最后，拆卸驱动电机控制器直流高压线束端子（驱动电机控制器侧）紧固螺栓4，脱开线束。（5）取下DC/DC变换器输出端防尘罩；拆卸DC/DC变换器输出端线束紧固螺母；脱开DC/DC变换器输出端线束。3.2驱动电机控制器检查与保养四、驱动电机控制器更换（一）吉利帝豪EV450驱动电机控制器总成更换（6）脱开驱动电机控制器进、出水管环箍，断开进、出水管。注意：水管脱开前，先在车底放置收集容器，接住冷却液。（7）拆卸驱动电机控制器紧固螺栓，取下驱动电机控制器总成。驱动电机控制器总成的安装按照与拆卸相反的顺序进行，应注意各紧固螺栓的拧紧力矩。安装驱动电机控制器上盖时，采用对角法拧紧螺栓。3.2驱动电机控制器检查与保养四、驱动电机控制器更换（二）比亚迪e5四合一控制器更换比亚迪e5车型四合一控制器拆卸步骤如下：（1）进行高压下电操作，等待5min。（2）打开前舱盖。（3）用工具拆除四合一控制器与前舱大支架之间的6颗紧固螺栓。（4）一次性拔除四合一控制器上的高低压插接器。（5）拆除四合一控制器冷却液进、出口以及排气管路，并拆除左右两根搭铁线。（6）用抱装夹具将四合一控制器从前舱中抬出。四合一控制器的安装按照与拆卸相反的顺序进行。3.2驱动电机控制器检查与保养五、驱动电机控制器检测（一）驱动电机控制器数据流的读取（1）组装故障诊断仪。操作车辆启动开关使电源模式置于OFF状态。（2）在仪表下方找到OBD诊断接口，连接故障诊断仪。（3）打开故障诊断仪电源开关，选择“诊断”选项，进入车型选择界面，选择当前待检测品牌及型号。（4）在功能选择界面中选择“诊断”选项，进入扫描方式选择界面，此界面中有“自动扫描”和“控制单元”两个选项，选择“自动扫描”选项，故障诊断仪将对全车的控制单元逐一进行扫描；“控制单元”选项则允许手动选择需要扫描的控制单元。3.2驱动电机控制器检查与保养五、驱动电机控制器检测（一）驱动电机控制器数据流的读取（5）执行自动扫描程序，整车的控制单元完成扫描后，有故障的控制单元将以红色显示。为防止控制单元记录偶发故障从而影响诊断的准确性，需先清除故障码。故障码清除后，诊断仪将重新自动扫描，有故障的控制单元将被记录。（6）选择有故障码标识的控制单元，进入界面，在此界面中选择“读故障码”选项，进人故障码详情界面。（7）参考故障诊断表，根据故障码显示详情进行故障诊断与排除。3.2驱动电机控制器检查与保养四、驱动电机控制器更换（二）驱动电机数据流的读取与分析（1）操作启动开关使电源模式置于ON状态。（2）连接故障诊断仪。（3）进人系统并选择相应车型。（4）读取驱动电机数据流。（5）将读取的数据与汽车厂商的标准数据进行对比，判断是否符合标准。3.2驱动电机控制器检查与保养四、驱动电机控制器更换（三）驱动电机控制器低压端子数据测量使用探针从低压电控插接器后端引线，检查车辆正常工作时各端子工作电压，查阅维修手册，判断其是否正常。3.2驱动电机控制器检查与保养六、驱动电机控制器故障诊断（一）驱动电机控制器故障确认（1）吉利帝豪EV450车型。1）操作启动开关使电源模式置于ON状态。2）连接故障诊断仪，读取系统故障码。3）确认系统是否存在其他故障码，优先排除其他故障码。4）清除故障码，重新读取故障码。5）对照该车型故障码表，确认相应的故障。3.2驱动电机控制器检查与保养六、驱动电机控制器故障诊断（一）驱动电机控制器故障确认（2）比亚迪e5车型。1）把车辆开进维修间。2）检查蓄电池电压。标准电压为12.8~13.8V。如果电压测量值低于12.8V，在进行下一步之前应为蓄电池充电或更换新蓄电池。3）查询故障码表，确认故障码。若故障现象未列人故障码表，执行步骤4）；若故障现象已列人故障码表，执行步骤5）。4）全面诊断。5）调整、维修或更换相关部件。6）测试确认。7）结束。3.2驱动电机控制器检查与保养六、驱动电机控制器故障诊断（二）驱动电机控制器常见故障驱动电机控制器常见故障包括以下三类：（1）驱动电机控制器线束、插接器、端子损坏或断开引发的故障。（2）驱动电机控制器通信故障。驱动电机控制器通信故障会导致故障诊断仪无法读取驱动电机控制器数据，故障诊断仪会发出类似无法与驱动电机控制器通信的提示。（3）驱动电机控制器低压供电回路故障。驱动电机控制器低压供电回路故障会使驱动电机控制器无低压供电，导致驱动电机控制器不工作。3.2驱动电机控制器检查与保养六、驱动电机控制器故障诊断驱动电机控制器通信故障诊断策略诊断项目诊断步骤使用故障诊断仪读取故