新能源汽车电机系统检测与维修

新能源汽车电机系统检测与维修010203目录CONTENTS电机检测电机结构与原理电机维修01电机结构与原理电机是将机械能转换为电能或将电能转换为机械能的一种装置。把机械能转换为电能的装置称为发电机，把电能转换为机械能的装置称为电动机。在一定条件和控制下，两者可以互相转换，如驱动电机在新能源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，将电能转换为机械能；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。在新能源汽车上最常采用的电机为：直流电机（DCM）、交流电机（AC）、永磁电机（BDCM）和开关磁阻电机（SR）等。目前多采用永磁同步电机作为新能源汽车动力输出，永磁铁被镶入转子中，旋转磁场和定子线圈共同作用产生扭矩。旋转变压器被同轴安装在电机上，用来检测转子旋转的角度。此旋转角度被发送到电机控制模块。电机温度传感器检测电机定子内部的温度，发送此温度信息给电机控制模块。驱动电机的类型060102050304工作可靠性好、重量轻、结构尺寸小由于新能源汽车特殊的工作环境，在行驶过程中经常频繁起动、加速、减速和停车等，在低速行驶或爬坡时需要高转矩，在高速行驶时需要低转矩。电机的转速范围应能满足汽车从零到最大行驶速度的要求，即要求电机具有功率密度。新能源汽车驱动电机要比一般工业应用的电机性能更高调速性能好电动汽车所采用的感应电机的转速可以达到8000-12000r/min。高转速电机的体积较小，重量较轻，有利于降低整车的装备质量为适应新能源汽车行驶工况的频繁变化，要求电机有较宽的调速范围和理想的调速特性，可实现低速恒转矩调速和高速恒功率调速。电机应具有自动调速功能，以减轻驾驶人的操纵强度，提高驾驶的舒适性，并且能够达到与内燃机汽车加速踏板同样的控制响应驱动电机技术要求高电压在允许的范围内，尽可能采用高电压，这样可以减小驱动电机的尺寸和导线截面积，也可以降低功率转换器的成本要求电机在较为恶劣的环境下能长期稳定可靠的工作，并且使用与维护方便；电机的结构尺寸小、质量轻（是普通电机的1/3~1/2），以利于新能源汽车整车的空间布置，减轻车重，提高新能源汽车的动力性和经济性。电机可以采用铝合金外壳，各种控制装置和冷却系统等也应尽可能轻量化和小型化使新能源汽车有好的起动性能和加速性能，即使没有变速器，电机本身也应能满足所需的转矩特性，从而获得起动、加速、行驶、减速、制动等工况下所需的功率与转矩。低速或爬坡时要求高转矩，高速行驶时要求低转矩，并要求变速范围大较大的起动转矩新能源汽车对驱动电机性能的要求转速高23415电机瞬时功率大、过载能力强。新能源汽车驱动电机需要有4~5倍的过载，以满足短时加速行驶与最大爬坡度的要求，而工业驱动电机需要2倍过载即可。可靠性效率与制动再生动力电池组、电机等强电部件的工作电压能够达到300V以上，对电气系统安全性提出更高的要求，均必须符合相关汽车电气控制的安全性能标准和规定，装备有高压保护设备。电气系统安全性新能源汽车驱动电机的特点与要求响应迅速，工作稳定。以电磁转矩为控制目标，加速踏板和制动踏板的开度是电磁转矩给定的目标值，要求电机转矩响应迅速，转矩波动小。电机应具有较高的可靠性，耐温和耐潮性能强，并且运行时噪声低，能够在较恶劣的环境下长期工作。电磁兼容性好，结构简单，适合批量生产，使用维护方便等。瞬时功率与过载能力电机应具有效率高、低损耗、制动再生效率高的特点。在电机的整个运行范围内，均有很高的效率，以节约电能，提高新能源汽车一次充电的续航里程；在车辆减速时，电机可在发电机状态下高效工作，以实现新能源汽车制动能量回收，再生制动回收能力能达到总能量的10%~15%，进一步提高新能源汽车的续驶里程。响应与稳定性02040301交流感应电机又称异步电机，它是将转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩使转子转动。由电气工程师尼古拉•特斯拉于1887年发明电机结构组成交流感应电机主要由定子与绕组、笼型转子、转子轴、轴承、前后端盖和风扇等部件组成交流异步电机结构与原理定子有A-X、B-Y、C-Z三个绕组，各绕组按一定规律分别嵌放在定子槽内。定子是电机中固定不动的部分，其主要任务是产生一个旋转磁场。旋转磁场以交流电通过电磁绕组，使其磁极性质循环改变。按照所用交流电的种类，交流感应电机分为单相电机和三相电机两种转子是可以转动的导体，主要由铁心和绕组组成。转子绕组由插在转子槽中的多根导条和两个环形端环组成，若去掉转子铁心，整个绕组的外形就像一个鼠笼，故称笼型绕组定子情况转子情况交流感应电机定义工作原理：交流感应电机首先通过定子产生旋转磁场，转子绕组切割磁力线，产生感应电动势，从而使转子绕组中产生感应电流转子绕组中的感应电流与磁场相互作用，产生电磁转矩使转子旋转。应用特点：交流感应电机具有功率密度低、调速范围窄、生产成本低、可靠性好、无退磁现象等特点，适用千高速公路网比较发达的区域。交流感应电机的工作原理与应用特点永磁同步电机结构与原理永磁同步电机采用永磁体来产生气隙磁通量，永磁体代替了直流电机中的磁感应线圈和感应电机中定子的励磁体。同步电机属于交流电机，其定子绕组与异步电机的定子绕组相似。永磁同步电机转子的旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为永磁同步电机。电机结构：永磁同步电机主要是由转子磁铁、定子绕组、霍尔传感器及壳体等部件组成，如图4-6所示。永磁同步电机的最大结构特点是其定子结构与普通感应电机的定子非常相似，它与其他电机的主要区别在千转子结构不同，在转子上设有高质量的永磁体磁极。根据在转子上安放永磁体位置的不同，永磁同步电机通常分为内嵌式、面贴式和插入式三种。永磁同步电机首先给定子绕组通入三相交流电，通入电流后就会在电机的定子绕组中形成旋转磁场。由于在转子上安装了永磁体并且磁极是固定的，根据同极相斥、异极相吸的原理，在定子绕组中产生的旋转磁场会带动转子旋转，从而产生驱动力，并最终达到转子的旋转速度与定子绕组中产生的旋转磁场速度相等。永磁同步电动机及其驱动系统与外部的电气接口共包括高压电部分、低压部分和通信口接口三部分；永磁同步电动机与驱动器之间的接口包括高压电部分和信号接口两部分永磁同步电机的工作原理与应用特点工作原理永磁同步电机所需要的钦铁硼永磁材料是稀土资源，因此生产成本较高，并且温度大幅度变化时会引发退磁现象。但是，这种电机的功率密度高、调速范围大，适用于高速公路网受限、需要频繁起停的情况，目前广泛应用于新能源汽车上。例如，比亚迪E6的驱动电机即为永磁同步电机应用特点当输入直流母线电压低于260V时，输出欠压报警信号，控制器不锁死输出，提醒用户电池欠压。电机运行中检测到母线电压低于220V时，输出极低电压报警并锁死控制器输出，因电压过低可能造成控制器损坏当流过电机的电流超过控制器最大限流值或发生短路大电流时，控制器输出故障信号，并锁死控制器输出，该故障为致命故障过流保护电机及控制器的保护功能欠压保护控制器过温保护当检测到控制器散热器温度超过80℃时，控制器最大输出电流为峰值电流一半；超过100℃时，关闭输出。当功率模块温度达到90℃时，扭矩降到80%；达到95℃时，扭矩降到50%；达到100℃时关闭输出位置传感器信号错误保护位置传感器信号对永磁同步电机非常重要，控制电机换相依据此信号。若位置信号错误，会导致电机运转不正常，严重时造成电机控制器损坏。检测到位置信号错误将锁死控制器，系统停止运转在使用CAN总线方式进行电机运行控制的时候，如果电机控制器3秒内没有收到VCU（整车控制单元）的指令，将判断为通信故障，停止控制器输出，即使通信又恢复正常，控制器也处于锁定状态，除非对控制器进行复位。当电池单体温度达到设定值时，电机控制器会降功率运行，根据电池单体温度的不同，功率降低有所不同。当电池单体温度超过极限值时，电池会中断输出，以免对电池造成伤害。运行过程中换档保护电池单体过温保护为了防止在车辆行进过程中由于误操作进行了换档操作造成危险，当车辆在没有完全静止的情况下，变换档位的操作除了空档外，反方向的档位将不予生效，防止出现反接制动情况的发生，对系统及其他部件造成损坏。电机控制器的保护与故障处理通信故障报警02电机检测驱动电机缺相检测驱动电机的检测主要有缺相检测、绝缘检测、电流检测、转速检测。在整车上进行驱动电机的任何检测项目前，都必须穿戴好高压安全防护用品，断开低压蓄电池负极，拆下维护插接器，并释放高压部件的剩余电压，严禁带电操作。缺相是指驱动电机内部某相线圈发生不通电或阻值过大/过小的故障，其主要原因为某相线圈烧蚀、线圈断路或接线端子烧蚀等。这里以江淮iEV6S驱动电机为例，来说明驱动电机缺相的检测方法。检测方法如下：1）拆卸驱动电机高压接线盒盖板。2）检查驱动电机动力电缆接头有无烧蚀现象。3）拆卸U、V、W三相线，用万用表电阻档分别测量AB、BC、AC之间的阻值，相互之间的差值大于0.5Ω即判定为驱动电机缺相，需要更换驱动电机。020103绝缘故障通常是由于驱动电机内部进水、绝缘层受热失效或线圈烧蚀对地短路等原因引起的。电机出现绝缘故障时，往往会报告电机控制器故障或整车绝缘故障，进行电机绝缘检测前必须断开高压电路，用数字式兆欧表进行检测。绝缘检测绝缘故障原因及检测要求数字式兆欧表选择测试电压500V量程，分别测量三相绕组的对地绝缘阻值，测试结果均应大于20MΩ。若低于此值，则说明驱动电机损坏，应进行更换。打开电机接线盒盖板，拆卸动力电缆，将电缆与安装底座完全分离，如左图所示。打开接线盒并分离电缆测量绝缘阻值空载电流检测检测三相交流电机的空载电流，是指在电动机未带任何负载的运行状态下，借助钳形表检测绕组中运行电流，检测方法如右图所示。若测得的空载电流过大或三相空载电流不均衡，则说明电机存在异常。一般情况下，空载电流过大的原因主要是电机内部铁芯不良、电机转子与定子之间的间隙过大、电机线圈的匝数过少、电机绕组连接错误。电机的转速是指电机运行时每分钟旋转的次数，测试电机的实际转速并与铭牌上的额定转速对照比较，可判断出电机是否存在超速或堵转现象，检测电机的转速一般使用专用的电机转速表，检测方法如图所示。转速检测03电机维修电线连接问题绕组故障冷却系统问题电动汽车电机电器系统故障电池供电问题电机绕组可能出现短路、开路或相互短路等问题，影响正常运行。电线连接松动、损坏等可能影响电机的正常供电。电机控制单元的故障可能导致电机无法控制或控制不稳定。电池电量不足、电池故障等可能导致电机无法正常工作。电子控制单元（ECU）故障电机冷却系统故障可能导致电机过热，影响性能和寿命。联轴器问题电机传动系统故障不良的电机支架或安装可能导致电机和传动系统的不稳定，影响传动效率和性能轴承故障电机支架或安装问题电机传动系统故障影响电动汽车的性能和可靠性。电机传动系统涵盖了变速器、减速器、联轴器等减速器的齿轮损坏、磨损或断裂可能导致传动不正常，造成噪声、振动和性能下降电动汽车使用传动带或链条来传递动力，如果传动带或链条松动、磨损或断裂，会导致传动系统失效联轴器是连接电机和传动系统的关键组件，联轴器损坏可能导致传动不稳定，甚至无法传递动力故障影响传动系统中的轴承损坏可能导致部件间的摩擦增加，影响效率和寿命减速器故障传动带或链条问题减速器结构减速器为二级单速比减速器，主要由输入轴、中间轴齿轮、差速器及输出轴齿轮组成。减速器的附件有加油螺塞、放油螺塞以及通气塞等。驱动电机的动力输出轴通过花键直接与减速器输入轴齿轮连接。减速器截面图1—左壳体2—右壳体3—差速器油封4—差速器轴承5—差速器6—中间轴被动齿轮7—中间轴齿轮8—中间轴9—中间轴轴承10—输出轴齿轮11—输入轴12—输入轴轴承从车上移除驱动电机和减速器总成在开始操作高压系统前，一定要穿绝缘防护设备包括手套、鞋子和面罩。清楚地识别某人负责高压工作，确保他人不要碰车。不工作时，用绝缘盖板或类似的物品盖上高压部件以防止他人碰到它们断开旋变线插件在进行部件检查或维修前一定要移除高压维修开关。一定要把移除的高压维修开关放在口袋随身携带它，以防在工作进行中另一个人不小心将其连接放出减速器齿轮油断开与控制器连接的旋变线插件绝缘防护要求断开高压插件移除电机控制器移除总成放出齿轮油移除减速器从总成上移除减速器移除电机控制器断开高压插件，切断高压电路防止电击危害，在开始高压操作之前一定要穿上绝缘保护装置减速器的拆装防止电击危害010302实现驱动电动机与电动机控制器电角度匹配，使整车运行平稳，减少异响、噪声及抖动。因车辆不能行驶，需更换电机控制