新能源汽車驅(qū)動電機(jī)與控制系統(tǒng) 課件 第5、6章 電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器、電機(jī)控制器

新能源汽車驅(qū)動電機(jī)與控制系統(tǒng)Contents01電機(jī)基礎(chǔ)知識02直流電機(jī)03交流感應(yīng)電機(jī)04永磁同步電機(jī)05電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊06電機(jī)控制器07其他類型電機(jī)任務(wù)5電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊課程：智能座艙系統(tǒng)測試裝調(diào)（高級）一、課堂目標(biāo)課程：智能座艙系統(tǒng)測試裝調(diào)（高級）4（一）知識目標(biāo)（1）了解轉(zhuǎn)速位置傳感器在電機(jī)中的作用；（2）掌握旋變傳感器的作用與工作原理；（3）掌握磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與工作原理；（4）掌握霍爾式轉(zhuǎn)速位置傳感器的工作原理；（5）掌握電機(jī)溫度傳感器的原理及檢測方法；（6）了解霍爾電流傳感器的類型及工作原理。（二）技能目標(biāo)會進(jìn)行旋變傳感器靜態(tài)測試和動態(tài)測試；能夠?qū)︱?qū)動電機(jī)繞組進(jìn)行溫度傳感器的檢測；二、任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊5您知道電動汽車驅(qū)動電機(jī)常見傳感器類型嗎？對驅(qū)動電機(jī)的傳感器的功能您了解多嗎？如何測試驅(qū)動電機(jī)的傳感器？三、任務(wù)資訊6任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊轉(zhuǎn)速位置傳感器01霍爾電流傳感器03電機(jī)溫度傳感器02（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器7（一）旋轉(zhuǎn)變壓器作用：它通常被用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的瞬間準(zhǔn)確位置，涉及到驅(qū)動電機(jī)的供電系統(tǒng)。電動車上只有直流電源，驅(qū)動電機(jī)使用的卻是三相交流電，中間需要用一個(gè)“變頻器”將動力電池的高壓直流電轉(zhuǎn)變成三相交流電向同步電機(jī)供電，以適應(yīng)車輛驅(qū)動的不同需要。其中變頻器是由車輛驅(qū)動系統(tǒng)的ECU控制的，通過對6個(gè)IGBT場效應(yīng)管的門控驅(qū)動電路、控制三相交流電的頻率及次序來改變驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，所以變頻器的門控電路是變頻器的核心。其中輸入ECU的多種信號中，負(fù)責(zé)精準(zhǔn)檢測驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的信號。電動車上的驅(qū)動控制電路如圖所示。（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器8轉(zhuǎn)子位置傳感器在無刷直流永磁電動機(jī)中，主要起兩個(gè)作用。（1）通過它檢測出轉(zhuǎn)子永磁體磁極相對定子電樞繞組所處的位置，以便確定電子換相驅(qū)動電路中功率晶體管的導(dǎo)通順序；（2）確定電子換相電路驅(qū)動電路中功率晶體管的導(dǎo)通角，從而確定電樞磁場的磁狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目的，工程上可以采用無接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器、光電式傳感器、高頻耦合式傳感器、磁阻元件傳感器和霍爾磁敏傳感器等。任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器9旋轉(zhuǎn)變壓器：旋轉(zhuǎn)變壓器是轉(zhuǎn)子位置的傳感器，用來檢測驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和速度。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號經(jīng)電機(jī)控制器解碼后，可以獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、速度等信息。它是一種利用氣隙磁阻變化而輸出信號變化的旋轉(zhuǎn)變壓器，是依據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用氣隙變化和磁阻變化，而使輸出繞組的感生電壓隨機(jī)械轉(zhuǎn)角作相應(yīng)正弦或余弦變化的角度傳感元件。旋轉(zhuǎn)變壓器由轉(zhuǎn)子和定子繞組組成，轉(zhuǎn)子安裝在驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子共同轉(zhuǎn)動，比亞迪e5的100KW永磁同步電動機(jī)內(nèi)部也是采用旋轉(zhuǎn)變壓器（簡稱旋變）進(jìn)行對電機(jī)工作狀況的監(jiān)測，旋變的位置在驅(qū)動電機(jī)的后端如圖所示。任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器10旋轉(zhuǎn)變壓器：旋轉(zhuǎn)變壓器定子繞組固定在殼體上，其主要由旋變定子和旋變轉(zhuǎn)子組成，旋轉(zhuǎn)變壓器（簡稱旋變）是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號元件。當(dāng)勵(lì)磁繞組以一定頻率的交流電壓勵(lì)磁時(shí)，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正、余弦函數(shù)關(guān)系，這種旋轉(zhuǎn)變壓器又稱為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。傳感器線圈（勵(lì)磁、正弦、余弦三組線圈）固定在殼體上，信號線圈固定在轉(zhuǎn)子上，如圖所示。任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器11旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理：近似與普通的變壓器。當(dāng)一次繞組輸入一個(gè)信號，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，會在二次繞組產(chǎn)生一個(gè)輸出信號。但與變壓器不同的是，旋轉(zhuǎn)變壓器由于轉(zhuǎn)子隨著驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子軸在轉(zhuǎn)動，一次繞組與二次繞組之間的有著相對運(yùn)動，所以二次繞組輸出的電壓幅值也會產(chǎn)生變化。由于旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上保證了其定子和轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)一周)之間空氣間隙內(nèi)磁通分布符合正弦規(guī)律，因此，當(dāng)激磁電壓加到定子繞組時(shí)，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組便產(chǎn)生感應(yīng)電勢。任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器12旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理：根據(jù)以上旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理，可將比亞迪e5旋轉(zhuǎn)變壓器簡化為下左圖的結(jié)構(gòu)，當(dāng)從勵(lì)磁繞組輸入勵(lì)磁電流時(shí)，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子帶動旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，會在正弦、余弦勵(lì)磁繞組中輸出信號，如下右圖所示。任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器13（二）磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器1.普通變壓器與旋轉(zhuǎn)變壓器的區(qū)別：普通變壓器的原邊和副邊的線圈是相對固定的，中間有鐵芯進(jìn)行電磁交變，所以輸出與輸入的電壓比是不變值。旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊繞組不動，副邊繞組隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角位置改變時(shí)，其副邊繞組輸出電壓的大小會隨轉(zhuǎn)子角位移而發(fā)生變化，若輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角就構(gòu)成3種不同類型的旋轉(zhuǎn)變壓器：正弦或余弦的函數(shù)關(guān)系、保持某比例關(guān)系或與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器142.磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的特點(diǎn)：電動車的驅(qū)動電機(jī)上多使用磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器，它是旋轉(zhuǎn)變壓器的一種特殊形式，利用磁阻原理來實(shí)現(xiàn)電信號間的轉(zhuǎn)換。它的特點(diǎn)是原邊與副邊的繞組都放在電機(jī)定子的不同槽內(nèi)，且均固定不旋轉(zhuǎn)。原邊繞組屬勵(lì)磁繞組通入正弦形的激磁電流，而副邊是由兩相線圈產(chǎn)生輸出信號：任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器153.磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)：旋變定子和轉(zhuǎn)子的鐵芯由鐵鎳軟磁合金或沖有槽孔的硅鋼片疊成。轉(zhuǎn)子不用永磁材料制成，它是由驅(qū)動同步電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子同軸帶動旋轉(zhuǎn)的。轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)通過磁阻原理在副邊的兩相繞組上分別感應(yīng)出正弦及余弦電壓信號，故稱為正弦繞組和余弦繞組，產(chǎn)生彼此相差90°的電角度信號。磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子采取多極形狀，磁極的外形應(yīng)符合能感應(yīng)正弦信號的特殊要求，因此磁場氣隙應(yīng)近似于正弦波的形狀，如圖所示。利用氣隙和磁阻的變化使輸出繞組的感應(yīng)電壓會隨機(jī)械轉(zhuǎn)角作相應(yīng)正弦或余弦的變化，同時(shí)轉(zhuǎn)子必須滿足多磁極的要求，旋轉(zhuǎn)變壓器的定子與轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)是不相同的，定子磁極數(shù)比轉(zhuǎn)子的多。任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器163.磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)：磁阻式旋變的三個(gè)線圈如圖所示，其中轉(zhuǎn)子齒為4個(gè)，定子齒畫出5個(gè)。激磁線圈、正弦線圈和余弦線圈均安置在定子槽內(nèi)，輸入的激磁繞組1-1是逐個(gè)磁極反向串接，而正弦線圈2-2及余弦3-3，則是以兩個(gè)磁極為間隔，反向串接的輸出繞組。當(dāng)轉(zhuǎn)子相對定子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子、轉(zhuǎn)子間氣隙的磁導(dǎo)發(fā)生變化，每轉(zhuǎn)過一個(gè)轉(zhuǎn)子齒距，氣隙的磁導(dǎo)變化一個(gè)周期。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈時(shí)，則變化出與轉(zhuǎn)子齒相同的數(shù)個(gè)周期。氣隙磁導(dǎo)的變化導(dǎo)致輸入和輸出繞組之間互感的變化，輸出繞組感應(yīng)的電勢也隨之發(fā)生變化。輸出繞組按正弦及余弦規(guī)律變化來判斷轉(zhuǎn)子的瞬間位置以及旋轉(zhuǎn)的方向。任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器174.磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的三個(gè)繞組：磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器有三個(gè)繞組，包括有一個(gè)激勵(lì)線圈、兩個(gè)正交的感應(yīng)線圈等三組線圈，對外共有6條引線。激勵(lì)線圈接受輸入的正弦型激勵(lì)電流，激磁頻率通常有400Hz、3000Hz及5000Hz等多種。正交的兩個(gè)感應(yīng)線圈，依據(jù)旋變的轉(zhuǎn)子、定子的相互位置關(guān)系，調(diào)制出具有sin正弦和cos余弦包絡(luò)的檢測信號。如果激勵(lì)信號是sinωt，轉(zhuǎn)子與定子間的角度為θ，則正弦信號為sinωt×sinθ，而余弦信號則為sinωt×cosθ。根據(jù)sin、cos信號和原始的激勵(lì)信號，通過必要的檢測和比較電路即可高分辨率地檢測出轉(zhuǎn)子位置。任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器18（三）霍爾式轉(zhuǎn)速位置傳感器1.霍爾效應(yīng)當(dāng)電流垂直于外磁場通過半導(dǎo)體時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一附加電場，從而在半導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢差也被稱為霍爾電勢差，霍爾效應(yīng)使用左手定則判斷。任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器19（三）霍爾式轉(zhuǎn)速位置傳感器2.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器由霍爾開關(guān)集成傳感器和磁性轉(zhuǎn)盤組成，霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的各種不同結(jié)構(gòu)。將磁性轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時(shí)，磁性轉(zhuǎn)盤便隨之轉(zhuǎn)動，固定在磁性轉(zhuǎn)盤附近的霍爾開關(guān)集成傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖，檢測出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，便可知道被測對象的轉(zhuǎn)速。磁性轉(zhuǎn)盤上的小磁鐵數(shù)目的多少，將決定傳感器的分辨率。任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（一）轉(zhuǎn)速位置傳感器20（三）霍爾式轉(zhuǎn)速位置傳感器3.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)速測量磁性轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測轉(zhuǎn)軸相連，霍爾傳感器固定在磁性轉(zhuǎn)盤附近。當(dāng)被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時(shí)，磁性盤隨之轉(zhuǎn)動，磁體每經(jīng)過霍爾傳感器一次，霍爾傳感器便輸出一個(gè)相應(yīng)的電壓脈沖。檢出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，便可求出被測轉(zhuǎn)速。例如，在車輪轉(zhuǎn)軸上裝上磁體，在靠近磁體位置上裝上霍爾傳感器，即可制成車速表和里程表等。任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（二）電機(jī)溫度傳感器21溫度傳感器（temperaturetransducer）是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。為避免因溫度過高而造成組件損壞，有很多電機(jī)使用溫度傳感器來監(jiān)控電機(jī)定子繞組的溫度。（一）電機(jī)溫度傳感器作用1.電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對溫度進(jìn)行監(jiān)測不同的設(shè)備在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候常常會伴隨熱量的產(chǎn)生，熱量積累到一定的程度，很可能會產(chǎn)生危險(xiǎn)，所以就需要對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測。而通過高溫檢測設(shè)備，就能夠?qū)τ陔姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中產(chǎn)生的溫度進(jìn)行檢測，等溫度達(dá)到一定的程度以后就會預(yù)警。2.對運(yùn)行中異常情況進(jìn)行預(yù)警保護(hù)由于該種設(shè)備對于溫度的改變是非常靈敏的，當(dāng)電機(jī)溫度到達(dá)預(yù)警值的時(shí)候，這種設(shè)備就能夠?qū)囟冗M(jìn)行預(yù)警，提示人們及時(shí)進(jìn)行降溫處理，或者進(jìn)行停機(jī)或者進(jìn)行散熱處理，對于電機(jī)進(jìn)行控制，保證電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)安全。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中，溫度傳感器是必不可少的一個(gè)設(shè)備。任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊（二）電機(jī)溫度傳感器22（二）電機(jī)溫度傳感器工作原理不同車型的驅(qū)動電機(jī)，溫度傳感器的規(guī)格也是不一樣的。有正溫度系數(shù)，也有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器。負(fù)溫度系數(shù)傳感器的電阻會隨著溫度的升高而降低，負(fù)溫度系數(shù)傳感器的代表性車型為吉利EV300/EV450和比亞迪e5。正溫度系數(shù)傳感器的電阻值會隨著溫度的升高而增加，隨著溫度的降低而減小，代表性車型為北汽EU260。驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器通常被放置在定子繞組內(nèi)部，數(shù)量為2-3個(gè)，分別是U相溫度傳感器、V相溫度傳感器、W相溫度傳感器。例如，寶馬i3后輪驅(qū)動電動汽車裝備了2個(gè)溫度傳感器，吉利EV300/450安裝了2個(gè)溫度傳感器，北汽EU260則安裝了3個(gè)電機(jī)溫度傳感器。（二）電機(jī)溫度傳感器23（二）電機(jī)溫度傳感器工作原理不同車型的驅(qū)動電機(jī)，溫度傳感器的規(guī)格也是不一樣的。有正溫度系數(shù)，也有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器。負(fù)溫度系數(shù)傳感器的電阻會隨著溫度的升高而降低，負(fù)溫度系數(shù)傳感器的代表性車型為吉利EV300/EV450和比亞迪e5。正溫度系數(shù)傳感器的電阻值會隨著溫度的升高而增加，隨著溫度的降低而減小，代表性車型為北汽EU260。驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器通常被放置在定子繞組內(nèi)部，數(shù)量為2-3個(gè)，分別是U相溫度傳感器、V相溫度傳感器、W相溫度傳感器。例如，寶馬i3后輪驅(qū)動電動汽車裝備了2個(gè)溫度傳感器，吉利EV300/450安裝了2個(gè)溫度傳感器，北汽EU260則安裝了3個(gè)電機(jī)溫度傳感器。（三）霍爾電流傳感器241.工作原理霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，從霍爾元件的控制電流端通入電流Ip，并在霍爾元件平面的法線方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場，那么在垂直于電流和磁場方向（即霍爾輸出端之間），將產(chǎn)生一個(gè)電勢VH，稱其為霍爾電勢，其大小正比于控制電流I。霍爾電流傳感器依據(jù)工作原理不同分為開環(huán)式霍爾電流傳感器和閉環(huán)式霍爾電流傳感器。（三）霍爾電流傳感器252.開環(huán)式霍爾電流傳感器工作原理開環(huán)式霍爾電流傳感器由磁芯、霍爾元件和放大電路構(gòu)成。磁芯有一開口氣隙，霍爾元件放置于氣隙出。當(dāng)原邊導(dǎo)體流過電流時(shí)，在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場強(qiáng)度與電流大小成正比的磁場，磁芯將磁力線集聚至氣隙處，霍爾元件輸出與氣隙處磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的電壓信號，放大電路將該信號放大輸出，該類傳感器通常輸出±10V左右的電壓信號，也有部分傳感器為了增強(qiáng)電磁兼容性，變換為電流信號輸出。（三）霍爾電流傳感器263.閉環(huán)式霍爾電流傳感器工作原理環(huán)式霍爾電流傳感器也稱：零磁通霍爾電流傳感器、零磁通互感器、磁平衡式霍爾電流傳感器等。如圖所示，閉環(huán)式霍爾電流傳感器包括磁芯、霍爾元件、放大電路和副邊補(bǔ)償繞組。與開環(huán)式霍爾電流傳感器相比，閉環(huán)式霍爾電流傳感器多了副邊補(bǔ)償繞組，正是副邊補(bǔ)償繞組，將閉環(huán)式霍爾電流傳感器的性能進(jìn)行了大幅度提升。（三）霍爾電流傳感器273.閉環(huán)式霍爾電流傳感器工作原理放大電路接受霍爾元件的輸出，并放大為電流信號提供給副邊補(bǔ)償繞組，副邊補(bǔ)償繞組在磁芯中產(chǎn)生的磁場與原邊電流產(chǎn)生的磁場在氣隙處大小相等，方向相反，抵消原邊磁場，形成負(fù)反饋閉環(huán)控制電路。若副邊電流過小，產(chǎn)生的磁場不足以抵消原邊磁場，放大電路將輸出更大的電流，反之，放大電路輸出電流減小，從而維持氣隙處的磁場平衡。若原邊電流發(fā)生變化，氣隙處磁場平衡被破壞，負(fù)反饋閉環(huán)控制電路同樣會調(diào)節(jié)副邊輸出電路，使磁場重新達(dá)到平衡。從宏觀上講，氣隙處將一直維持零磁通，保持磁平衡，這也是零磁通互感器及磁平衡霍爾電流傳感器名稱的來由。（三）霍爾電流傳感器284.閉環(huán)式霍爾電流傳感器與開環(huán)式霍爾電流傳感器的區(qū)別（1）從帶寬區(qū)別微觀上講，氣隙處的磁場始終在零磁通附近變化，由于磁場變化幅度非常小，變化幅度小，變化的頻率可以更快，因此，閉環(huán)式霍爾電流傳感器具有很快的響應(yīng)時(shí)間。實(shí)際的閉環(huán)式霍爾電流傳感器帶寬通?？梢赃_(dá)到100kHz以上。而開環(huán)式霍爾電流傳感器的帶寬通常較窄，如：LEM公司的HAZ系列開環(huán)式霍爾電流傳感器的帶寬在3kHz左右。（2）從精度區(qū)別上講，開環(huán)式霍爾電流傳感器副邊輸出與磁芯氣隙處的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，而磁芯由高導(dǎo)磁材料制作而成，非線性和磁滯效應(yīng)是所有高導(dǎo)磁材料的固有特點(diǎn)，因此，開環(huán)式霍爾電流傳感器一般線性度較差，且原邊信號在上升和下降過程中副邊輸出會有不同。開環(huán)式霍爾電流傳感器精度通常劣于1%。閉環(huán)式霍爾電流傳感器由于工作在零磁通狀態(tài)，磁芯的非線性及磁滯效應(yīng)不對輸出造成影響，可以獲得較好的線性度和較高的精度。閉環(huán)式霍爾電流傳感器精度一般可達(dá)0.2%。五、任務(wù)實(shí)施1-旋變傳感器靜態(tài)測試任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊1.使用萬用表檢測電阻值1.準(zhǔn)備工作設(shè)備：驅(qū)動電機(jī)工作臺，萬用表，比亞迪e5電氣原理圖。2.操作步驟（1）觀察驅(qū)動電機(jī)旋變傳感器結(jié)構(gòu)，并對照電器原理圖查閱各端子定義。（2）拔下棕色電機(jī)旋變傳感器，觀察其是否完好。（3）利用萬用表測量勵(lì)磁、正弦、余弦三組信號電阻值。（4）測量的電阻值與旋變傳感器自身正常時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電阻值比對。內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)電阻值（Ω）小組評定1勵(lì)磁繞組6.5±2Ω

2正弦繞組12.5±4Ω

3余弦繞組12.5±4Ω五、任務(wù)實(shí)施1-旋變傳感器靜態(tài)測試任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊1.準(zhǔn)備工作設(shè)備：驅(qū)動電機(jī)工作臺，萬用表，比亞迪e5電氣原理圖。2.操作步驟（1）觀察驅(qū)動電機(jī)旋變傳感器結(jié)構(gòu)，并對照電器原理圖查閱各端子定義。（2）拔下棕色電機(jī)旋變傳感器，觀察其是否完好。（3）利用萬用表測量勵(lì)磁、正弦、余弦三組信號電阻值。（4）測量的電阻值與旋變傳感器自身正常時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電阻值比對。序號內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)電阻值（Ω）小組評定1勵(lì)磁繞組6.5±2Ω

2正弦繞組12.5±4Ω

3余弦繞組12.5±4Ω五、任務(wù)實(shí)施2-旋變傳感器動態(tài)測試任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊1.準(zhǔn)備工作設(shè)備：驅(qū)動電機(jī)工作臺，示波器，比亞迪e5電氣原理圖。2.靜態(tài)測量步驟（1）觀察驅(qū)動電機(jī)旋變傳感器結(jié)構(gòu)，并對照電器原理圖查閱各端子定義。（2）拔下棕色電機(jī)旋變傳感器，觀察其是否完好。（3）利用示波器測量勵(lì)磁、正弦、余弦三組信號波形。（4）測量的波形與旋變傳感器自身正常時(shí)標(biāo)準(zhǔn)波形比對。3.動態(tài)測量步驟（1）車輛正常上電；（2）連接示波器，調(diào)整測量幅值脈寬；（3）輕輕踩下加速踏板，采用背插方式測量勵(lì)磁、正弦、余弦三組信號波形。序號內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)波形小組評定1勵(lì)磁繞組

2正弦繞組

3余弦繞組

五、任務(wù)實(shí)施3-驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器的檢測任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊1.使用萬用表檢測電阻值在實(shí)際維修過程中，應(yīng)注意不同車型的驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器，其類型和電阻值不盡相同，表5-1給出了常見車型驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器的電阻標(biāo)準(zhǔn)值。以比亞迪秦或e5為例，在10～40℃溫度下，測量溫度傳感器電阻時(shí)，用萬用表歐姆檔兩端子分別連接驅(qū)動電機(jī)外部溫度傳感器插件3、6端子，查看萬用表顯示的電阻值是否在50.04～212.5kΩ范圍內(nèi)。項(xiàng)目/車型吉利EV300比亞迪秦/e5北汽EU260U相溫度傳感器安裝2個(gè)；25℃時(shí)，正常電阻值為10kΩ，阻值隨著溫度升高而降低，隨溫度降低而升高。0℃：標(biāo)準(zhǔn)電阻值364.9kΩ；10℃：標(biāo)準(zhǔn)電阻值212.5kΩ；20℃：標(biāo)準(zhǔn)電阻值127.7kΩ；30℃：標(biāo)準(zhǔn)電阻值78.88kΩ；40℃：標(biāo)準(zhǔn)電阻值50.04kΩ；安裝3個(gè)；0℃時(shí)，電阻1000Ω，溫度上升1℃，電阻增加3.85Ω。五、任務(wù)實(shí)施3-驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器的檢測任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊2.吉利EV300/450電機(jī)繞組溫度傳感器的測量吉利EV300/450的電機(jī)繞組溫度傳感器有2個(gè)，均采用10kΩ規(guī)格的NTC負(fù)溫度系數(shù)傳感器，溫度傳感器型號為SEMITEC103NT-4，即在25℃時(shí)，正常電阻值為10kΩ，阻值隨溫度升高而降低，隨溫度降低而升高，不同溫度的電阻值參見表。溫度（℃）電阻值（KΩ）溫度（℃）電阻值（KΩ）溫度（℃）電阻值（KΩ）027.861415.38288.934126.651514.77298.609225.511614.19308.297324.421713.64317.998423.381813.11327.711522.391912.61337.436621.452012.12347.173720.562111.66356.921819.712211.22366.679918.902310.79376.4471018.132410.39386.2251117.402510.00396.0111216.69269.629405.8061316.02279.274415.608注：SEMITEC103NT-4型號的溫度傳感器，電阻誤差為±3%，例如在25℃時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電阻值為10KΩ，最大值為10.3KΩ，最小值為9.7KΩ。五、任務(wù)實(shí)施3-驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器的檢測任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊2.吉利EV300/450電機(jī)繞組溫度傳感器的測量以吉利EV450為例，操作啟動開關(guān)使電源模式至OFF狀態(tài)，拔下電機(jī)控制器上的低壓插頭BV11，將數(shù)字式萬用表調(diào)至20k電阻檔位，查看線路圖，接下來分別測量電機(jī)繞組溫度傳感器R1和溫度傳感器R2的電阻值。（1）電機(jī)溫度傳感器R1：如圖所示，使用數(shù)字式萬用表測量電機(jī)控制器線束連接器的6號腳與7號腳之間的電阻，在環(huán)境溫度為29.5℃時(shí)，電機(jī)溫度傳感器R1的電阻為8.41kΩ，阻值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。測量R1電阻值

連接6與7號針腳

五、任務(wù)實(shí)施3-驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器的檢測任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊2.吉利EV300/450電機(jī)繞組溫度傳感器的測量（2）電機(jī)溫度傳感器R2：如圖5-18所示，使用數(shù)字式萬用表測量電機(jī)控制器線束連接器的5號腳與13號腳之間的電阻，實(shí)際測得的電阻值為8.53kΩ。確認(rèn)電機(jī)溫度傳感器R1和R2的電阻在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。測量R2電阻值

連接5與13號針腳

五、任務(wù)實(shí)施3-驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器的檢測任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊3.北汽EU260電機(jī)繞組溫度傳感器的測量北汽EU260電動汽車安裝3個(gè)正溫度系數(shù)的PT1000鉑電阻溫度傳感器，即U相溫度傳感器、V相溫度傳感器、W相溫度傳感器。即在0℃時(shí)，溫度傳感器的電阻值為1000Ω，溫度每上升1℃，電阻值上升3.85Ω，例如20℃左右時(shí)，溫度傳感器的電阻值為1077Ω。五、任務(wù)實(shí)施3-驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器的檢測任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊3.北汽EU260電機(jī)繞組溫度傳感器的測量北汽EU260電動汽車安裝3個(gè)正溫度系數(shù)的PT1000鉑電阻溫度傳感器，即U相溫度傳感器、V相溫度傳感器、W相溫度傳感器。即在0℃時(shí)，溫度傳感器的電阻值為1000Ω，溫度每上升1℃，電阻值上升3.85Ω，例如20℃左右時(shí)，溫度傳感器的電阻值為1077Ω。Thanks

新能源汽車驅(qū)動電機(jī)與控制系統(tǒng)Contents01電機(jī)基礎(chǔ)知識02直流電機(jī)03交流感應(yīng)電機(jī)04永磁同步電機(jī)05電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊06電機(jī)控制器07其他類型電機(jī)任務(wù)6電機(jī)控制器課程：智能座艙系統(tǒng)測試裝調(diào)（高級）一、課堂目標(biāo)課程：智能座艙系統(tǒng)測試裝調(diào)（高級）42（一）知識目標(biāo)（1）熟悉電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；（2）掌握驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)；（3）掌握電機(jī)控制器的工作原理；（4）掌握電機(jī)及控制器的冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理；（5）掌握電機(jī)控制系統(tǒng)拆裝與維護(hù)方法；（6）能夠規(guī)范選擇使用相關(guān)工具、儀表、設(shè)備。（二）技能目標(biāo)會進(jìn)行電機(jī)控制系統(tǒng)拆裝與維護(hù)；能夠?qū)︱?qū)動電機(jī)常見故障進(jìn)行初步的分析檢測；二、任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊43您知道電動汽車驅(qū)動電機(jī)控制器的工作原理嗎？會進(jìn)行電機(jī)控制系統(tǒng)拆裝與維護(hù)？如何初步分析判斷驅(qū)動電機(jī)控制器的故障？三、任務(wù)資訊44任務(wù)5：電動汽車驅(qū)動電機(jī)傳感器模塊電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)01電機(jī)控制器的工作原理03驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)02電機(jī)及控制器的冷卻系統(tǒng)03（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)451.電機(jī)控制系統(tǒng)的組成及功用驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)是電動汽車三大核心之一，是車輛行駛的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特性決定了車輛的主要性能指標(biāo)，直接影響車輛動力性、經(jīng)濟(jì)性和用戶駕乘感受。電機(jī)控制系統(tǒng)由動力總成(驅(qū)動電機(jī)DM)、高壓配電設(shè)備、電機(jī)控制器(MCU)、高低壓線束和相關(guān)傳感器等組成，如圖所示。整車控制器(VCU)根據(jù)駕駛?cè)艘鈭D發(fā)出各種指令，電機(jī)控制器響應(yīng)并反饋，實(shí)時(shí)調(diào)整驅(qū)動電機(jī)輸出，以實(shí)現(xiàn)整車的急速、前行、倒車、停車、能量回收以及駐坡等功能。電機(jī)控制器另一個(gè)重要功能是通信和保護(hù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行狀態(tài)和故障檢測，保護(hù)驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)和整車安全可靠運(yùn)行。任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)461.1.電機(jī)控制系統(tǒng)的功用電機(jī)控制器主要功能如下：怠速控制(爬行)；控制電機(jī)正轉(zhuǎn)(前進(jìn))；控制電機(jī)反轉(zhuǎn)(倒車)；能量回收(交流轉(zhuǎn)換直流)；駐坡(防溜車)；通信和保護(hù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行狀態(tài)和故障檢測，保護(hù)驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)和故障反饋。任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)471.2.電機(jī)控制器組成驅(qū)動電機(jī)控制器是電機(jī)系統(tǒng)的控制中心，又稱智能功率模塊，以IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)模塊為核心，輔以驅(qū)動集成電路、主控集成電路，對所有的輸入信號進(jìn)行處理,并將驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給整車控制器。驅(qū)動電機(jī)控制器內(nèi)含故障診斷電路。當(dāng)診斷出異常時(shí)，它將會激活一個(gè)錯(cuò)誤代碼，發(fā)送給整車控制器，同時(shí)也會存儲該故障碼和數(shù)據(jù)。使用以下傳感器來提供驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的工作信息。電流傳感器：用以檢測電機(jī)工作的實(shí)際電流(包括母線電流、三相交流電流)；電壓傳感器：用以檢測供給電機(jī)控制器工作的實(shí)際電壓(包括動力電池電壓、12V蓄電池電壓)；溫度傳感器：用以檢測電機(jī)控制系統(tǒng)的工作溫度(包括IGBT模塊溫度、電機(jī)控制器板載溫度)。任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)481.2.電機(jī)控制器組成電機(jī)控制器安裝在前艙內(nèi),采用CAN通訊控制，控制著動力電池包到電機(jī)之間能量的傳輸，同時(shí)采集電機(jī)位置信號和三相電流檢測信號，精確地控制驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行。電機(jī)控制器是一個(gè)既能將動力電池包中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電以驅(qū)動電機(jī)，又具備將車輪旋轉(zhuǎn)的動能轉(zhuǎn)換為電能(交流電轉(zhuǎn)換為直流電)給動力電池包充電的設(shè)備。DC/DC集成在電機(jī)控制器內(nèi)部，其功能是將蓄電池的高壓電轉(zhuǎn)換成低壓電，提供整車低壓系統(tǒng)供電。電機(jī)控制器主要由：接口電路、控制主板、IGBT模塊（驅(qū)動）、超級電容、放電電阻、電流感應(yīng)器、殼體水道等組成。任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)491.2.電機(jī)控制器組成控制主板：與整車控制器通訊監(jiān)測直流母線電流，控制IGBT模塊工作狀態(tài)，監(jiān)控高壓線束的絕緣和工作連接情況并反饋。IGBT模塊的溫度信號、旋變傳感器信號經(jīng)過處理反饋給電機(jī)控制單元。TeslaMedel3驅(qū)動電機(jī)控制器主板任務(wù)6：電機(jī)控制器新能源汽車電機(jī)IGBT驅(qū)動主板（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)501.3.超級電容和放電電阻:是一種以電場形式儲存能量的無源器件。在有需要電機(jī)啟動時(shí)的時(shí)候，電容能夠把儲存的能量釋出至電路。接通高壓電路時(shí)給電容充電,在電機(jī)起動時(shí)保持電壓的穩(wěn)定，放電電阻如圖所示。斷開高壓電路時(shí)，通過電阻給電容放電，放電電阻通常和電容器并聯(lián)。電源波動時(shí),電容器會隨之充放電。當(dāng)控制器帶動的電機(jī)或其他感性負(fù)載在停機(jī)的時(shí)候，可采用能耗制動的方式來實(shí)現(xiàn)的，就是把停止后電機(jī)的動能和線圈里面的磁能都通過一個(gè)其他耗能元件消耗掉，從而實(shí)現(xiàn)快速停車。當(dāng)供電停止后，控制器的逆變電路就反向?qū)?，把這些剩余電能反饋到變頻器的直流母線上來，母線上的電壓會因此而升高，當(dāng)升高到一定值的時(shí)候，電阻就投入運(yùn)行，使這部分電能通過電阻發(fā)熱的方式消耗掉，同時(shí)維持母線上的電壓保持為一個(gè)正常值。放電電路故障時(shí)，有可能會導(dǎo)致高壓斷電。

任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)511.4.IGBT模塊:IGBT模塊簡稱絕緣柵雙極型晶體管，是由雙極型三極管和絕緣柵型場效應(yīng)管組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件。大功率晶體管（GTR）屬于雙極型電流驅(qū)動器件，其優(yōu)點(diǎn)是通流能力很強(qiáng)，不足之處是開關(guān)速度相對低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜。而MOSFET是單極型電壓驅(qū)動器件，其優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)速度快，輸入阻抗高，所需驅(qū)動功率小，而且驅(qū)動電路簡單；缺點(diǎn)是導(dǎo)通壓降大。于是有人提出將這兩類器件的優(yōu)點(diǎn)，即GTR的低導(dǎo)通壓降與MOSFET的高輸入阻抗結(jié)合起來，制成復(fù)合型器件，即IGBT，如圖所示。它綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，具有低導(dǎo)通壓降和高輸入阻抗的綜合優(yōu)點(diǎn)。自投入市場以來，IGBT應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，現(xiàn)已成為中、大功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。

任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)521.4.IGBT模塊:IGBT模塊簡稱絕緣柵雙極型晶體管，是由雙極型三極管和絕緣柵型場效應(yīng)管組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件。大功率晶體管（GTR）屬于雙極型電流驅(qū)動器件，其優(yōu)點(diǎn)是通流能力很強(qiáng)，不足之處是開關(guān)速度相對低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜。而MOSFET是單極型電壓驅(qū)動器件，其優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)速度快，輸入阻抗高，所需驅(qū)動功率小，而且驅(qū)動電路簡單；缺點(diǎn)是導(dǎo)通壓降大。于是有人提出將這兩類器件的優(yōu)點(diǎn)，即GTR的低導(dǎo)通壓降與MOSFET的高輸入阻抗結(jié)合起來，制成復(fù)合型器件，即IGBT，如圖所示。它綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，具有低導(dǎo)通壓降和高輸入阻抗的綜合優(yōu)點(diǎn)。自投入市場以來，IGBT應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，現(xiàn)已成為中、大功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。

任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)531.5.旋轉(zhuǎn)變壓器:旋轉(zhuǎn)變壓器是一種轉(zhuǎn)子位置傳感器，其安裝在驅(qū)動電機(jī)內(nèi)部，起著檢測轉(zhuǎn)子磁極位置、為逆變器提供正確換向信息的重要作用。旋轉(zhuǎn)變壓器的構(gòu)造如圖6所示，傳感器線圈固定在殼體上，信號齒圈固定在轉(zhuǎn)子上。其傳感器線圈由勵(lì)磁線圈、正弦線圈、余弦線圈三組線圈組成一個(gè)傳感器。

任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)541.5.旋轉(zhuǎn)變壓器:是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號元件。當(dāng)勵(lì)磁繞組以一定頻率的交流電壓勵(lì)磁時(shí)，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正、余弦函數(shù)關(guān)系，這種旋轉(zhuǎn)變壓器又稱為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。當(dāng)勵(lì)磁繞組以一定頻率的交流電壓勵(lì)磁時(shí)，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系或保持某一比例關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角呈線性關(guān)系。旋變在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)置了兩組輸出線圈，兩者相位差90°，從而可以輸出幅值為正弦繞組SIN與余弦繞組COS變化的兩組信號，端子號S1～S4。

任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)552.驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)工作必須滿足條件：（1）高壓電源輸入正常（一般絕緣性能大于20MΩ）。（2）低壓12V電源供電正常（電壓范圍9～16V）。（3）與整車控制器通信正常。（4）電容放電正常。（5）旋變傳感器信號正常。（6）三相交流輸出電路正常，電機(jī)及電機(jī)控制器溫度正常，開蓋保持開關(guān)信號正常。

任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)563.驅(qū)動電機(jī)控制器主要參數(shù)電機(jī)控制器的主要參數(shù)由技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)組成。技術(shù)指標(biāo)包括輸入電壓、工作電壓范圍、控制電源（9～12V）、標(biāo)稱容量、防護(hù)等級、尺寸等；任務(wù)6：電機(jī)控制器技術(shù)指標(biāo)技術(shù)參數(shù)直流輸入電壓336V工作電壓范圍265～410V控制電源12V控制器電源電壓范圍9～16V標(biāo)稱容量85kVA重量9kg防護(hù)等級IP67尺寸（長×寬×高）403×249×140北汽EV200驅(qū)動電機(jī)控制器的主要參數(shù)（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)574.電機(jī)控制系統(tǒng)的高壓布局特征：高壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有以下幾項(xiàng)功能：①采用鑄鋁外殼和接插件，防護(hù)等級達(dá)到IP67；②具有電流、電壓采集功能；③對高壓連接狀態(tài)、絕緣狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；④對高壓安全進(jìn)行管理，有過流、過壓、過溫保護(hù)功能；⑤對高壓配電進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)對各路輸出分別控制；⑥車輛發(fā)生碰撞和翻車時(shí)，有切斷高壓功能；⑦具備CAN通訊功能，實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)。未來將解決整車集成的技術(shù)難題，先進(jìn)的智能診斷和電能管理；增進(jìn)電氣系統(tǒng)安全性能，增進(jìn)高壓配電系統(tǒng)可靠性。任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)584.電機(jī)控制系統(tǒng)的高壓布局特征：新能源汽車高壓控制系統(tǒng)有分體式、PDU、PEU3種形式。4.1.分體式：早期新能源汽車采用分體式配電系統(tǒng)居多，如北汽EV200。通常純電動汽車整車共分為5段高壓線束。任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)59（三）電機(jī)控制系統(tǒng)的高壓布局特征：新能源汽車高壓控制系統(tǒng)有分體式、PDU、PEU3種形式。4.1.分體式：（1）動力蓄電池高壓電纜：連接動力蓄電池到高壓控制盒之間的線纜。（2）電機(jī)控制器電纜：連接高壓控制盒到電機(jī)控制器之間的線纜。（3）快充線束：連接快充口到高壓控制盒之間的線束。（4）慢充線束：連接慢充口到車載充電機(jī)之間的線束。（5）高壓附件線束（高壓線束總成）連接：高壓控制盒到DC/DC、車載充電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、空調(diào)PTC之間的線束。任務(wù)6：電機(jī)控制器（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)60（三）電機(jī)控制系統(tǒng)的高壓布局特征：4.2.高壓配電盒（PowerDistributionUnit，PDU）式：（吉利帝豪EV450高壓配電系統(tǒng)采用PDU式，主要包括以下部件組成：車載充電器分線盒、直流充電接口、交流充電接口、直流母線、電機(jī)三相線。所有高壓線纜均為橙色，車輛上電時(shí)不要觸碰這些線纜和部件，高壓線纜接插件拔出后，立即用絕緣膠帶包裹。車載充電器分線盒的作用類似于低壓供電系統(tǒng)中的保險(xiǎn)絲盒，高壓接線盒功能包括：高壓電能的分配；和高壓回路的過載及短路保護(hù)；車載充電器分線盒將動力蓄電池總成輸送的電能分配給電機(jī)控制器空調(diào)壓縮機(jī)和PTC（PositiveTemperatureCoefficient）加熱器。（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)614.2.PDU結(jié)構(gòu)組成：慢充線束：連接慢充口到PDU之間的線束。PTC高壓線束：連接PDU到空調(diào)PTC之間的線束?？斐渚€束：連接快充口到PDU之間的線束。動力蓄電池高壓電纜：連接動力蓄電池到PDU之間的線纜?？照{(diào)壓縮機(jī)高壓線束：連接PDU到空調(diào)壓縮機(jī)之間的線束。電機(jī)高壓電纜：連接PDU到電機(jī)控制器間的線束。UVW高壓電纜：連接電機(jī)控制器與電機(jī)的線纜。（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)62（三）電機(jī)控制系統(tǒng)的高壓布局特征：4.2.1.高壓配電盒（PowerDistributionUnit，PDU）式：交流慢充時(shí)，充電電流也會經(jīng)過分線盒流入動力蓄電池為其充電。車載充電器分線盒內(nèi)對電動壓縮機(jī)回路、PTC加熱器回路、交流慢充回路各設(shè)有一個(gè)40A的熔斷器。當(dāng)上述回路電流超過90A時(shí)，熔斷器會在15s內(nèi)熔斷；當(dāng)回路電流超過150A時(shí)，熔斷器會在1s內(nèi)熔斷，保護(hù)相關(guān)回路。車載充電器分線盒電器原理圖如下：主要功能負(fù)責(zé)直流DC（快充）電路的接通；內(nèi)置有直流+、直流-充電繼電器；內(nèi)置各高壓用電器的保險(xiǎn)等。直流充電接口能接收直流充電樁的電能，并通過高壓線束將電能輸送給動力蓄電池總成，為其充電。（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)634.2.2.交流充電接口：能接收交流充電樁的電能，并通過高壓線束將電能輸送給車載充電機(jī)，4.2.3.車載充電機(jī)：將交流電轉(zhuǎn)化成直流電經(jīng)過直流母線將直流電傳遞到動力蓄電池，為其充電，能量傳遞路線如圖所示（能量回收時(shí)傳遞路線相反）：車輛行駛時(shí)，電流從動力蓄電池依次經(jīng)過，直流母線、分線盒、電機(jī)控制器高壓線、電機(jī)控制器、電機(jī)三相線到達(dá)驅(qū)動電機(jī)，產(chǎn)生驅(qū)動力。（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)644.2.4.PDU式主要有以下優(yōu)點(diǎn)：減少高壓線束的數(shù)量、便于高壓線束的布置；將大部分高壓母線的接線端子置于PDU內(nèi)提高了安全性，并提高各系統(tǒng)的可靠性和可維修性；高壓線束被集成內(nèi)部的母排上，同時(shí)提高了高壓母線的屏蔽效果；將DC/DC直流轉(zhuǎn)化模塊、車載充電機(jī)、PTC電阻加熱控制器、快充繼電器集成到PDU內(nèi)，大大簡化了車輛前艙空間。（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)654.3.PEU式：PEU是將車載充電機(jī)模塊（慢充）、DC/DC變換器模塊（將動力蓄電池高壓電轉(zhuǎn)換為14V低壓電）、微控制單元（MicrocontrollerUnit，MCU）驅(qū)動電機(jī)控制器（負(fù)責(zé)扭矩控制、傳感器信號采集處理，輔件驅(qū)動和控制等功能）及高壓配電模塊集成的產(chǎn)品。（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)664.3.PEU式：微控制單元（MicrocontrollerUnit，MCU）驅(qū)動電機(jī)控制器功能：換擋控制功能；能量回收控制功能；整車扭矩需求控制功能；定速巡航控制功能；防溜坡控制功能；碰撞安全控制功能；制動系統(tǒng)控制功能；整車控制功能；ADAS功能等。（一）電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)674.3.PEU式：車載充電機(jī)同時(shí)要滿足充電和電源兩種模式。在充電工作模式下，車載充電機(jī)以電池包給出的數(shù)據(jù)作為參考，工作在恒流或恒壓輸出兩個(gè)階段。PEU集成化設(shè)計(jì)將原本大量的高壓線束優(yōu)化后，在內(nèi)部母排中集成體現(xiàn)，提高了高壓母線的屏蔽效果。另外PEU的各個(gè)接口是根據(jù)整車的需求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，與PEU連接的高低壓線束較為簡易，提高了高壓線束的裝配便捷性和可靠性。（二）驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)68新能源汽車驅(qū)動電機(jī)基本使用變頻調(diào)速技術(shù)，使用變頻調(diào)速技術(shù)除了可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)速控制以外，還具有節(jié)能降耗、軟起動、平穩(wěn)停機(jī)、過載保護(hù)和提高運(yùn)行穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。1.驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速方式變頻調(diào)速是通過改變電動機(jī)的電源頻率進(jìn)行調(diào)速。由于能連續(xù)改變電源頻率，所以速度的改變也是連續(xù)和平滑的。由異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式可知，改變了定子電源頻率就可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，從而改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。在忽略定子漏阻抗的情況下，異步電動機(jī)的感應(yīng)電動勢，近似等于電源電壓,即若電源電壓不變，則磁通隨頻率而變。通常在設(shè)計(jì)電動機(jī)時(shí)，為了充分利用鐵心材料，將磁通Φ的數(shù)值選擇在接近飽和值上。因此，如果頻率從額定值(工作頻率為50Hz)往下調(diào)，磁通會增加，這將造成磁路過飽和，使勵(lì)磁電流增加，鐵心過熱，增加其損耗。如果頻率從額定值往上調(diào)，會使磁通減小，造成電動機(jī)久勵(lì)磁，影響電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。為此，在調(diào)節(jié)電源頻率的同時(shí)要同步調(diào)節(jié)電源電壓的大小，以保持U1/f1值為恒定，從而維持磁通恒定不變。（二）驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)691.驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速方式在實(shí)際應(yīng)用中，由于受電動機(jī)的額定電壓值限制，再有的情況下不能保持U1/f1值為恒定，這樣就出現(xiàn)了不同的變頻調(diào)速控制方式。異步電機(jī)變頻調(diào)速的控制方式主要有：恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速；恒功率變頻調(diào)速；變頻器調(diào)速；變極調(diào)速和；變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。（二）驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)702.驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速原理2.1.持值U1/f1為恒定的恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速：調(diào)速方式是將頻率從額定值往下調(diào)(同時(shí)減小)，由于頻率減小，電動機(jī)轉(zhuǎn)速低。在這種變頻調(diào)速過程中，由于U1=4.44f1N1Φ，T1=CTΦI2COSφ2如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，磁通又是恒定的，則轉(zhuǎn)子電流不變，電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩也不變，故為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。這種保持磁通恒定、輸出轉(zhuǎn)矩不變的變頻調(diào)速機(jī)械特性如圖所示。這種調(diào)速方法的機(jī)械特性較硬，即轉(zhuǎn)速降較小，調(diào)速范圍較寬，但低速性能較差。如果電源頻率能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，就能實(shí)現(xiàn)無級變頻調(diào)速。（二）驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)712.驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速原理2.2.恒功率變頻調(diào)速：這種方式是將頻率從額定值向上調(diào)。由于一般不允許將電動機(jī)的電源電壓升高超過其額定值，因此在電源電壓不變的情況下，提高電源頻率會使磁通Φ減小，輸出轉(zhuǎn)矩隨之減小。對于恒功率負(fù)載，若電動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，其輸出轉(zhuǎn)矩會減小，從而異步電動機(jī)的電磁功率基本保持不變。這種恒功率變頻調(diào)速方式的機(jī)械特性如圖所示，它的機(jī)械特性較軟，即轉(zhuǎn)速降較大。這種調(diào)速方式也稱為恒壓弱磁變頻調(diào)速。在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)不同負(fù)載采用不同的調(diào)速方式。通常恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，恒功率負(fù)載采用恒功率調(diào)速方式。（二）驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)722.驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速原理2.3.變頻器調(diào)速：變頻調(diào)速是一種理想的調(diào)速方式，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)速，又能節(jié)能，若實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速就要有變頻電源，變頻電源是由變頻器提供的，成本較高。變頻器的基本結(jié)構(gòu)所示，其由主電路和控制電路組成。（二）驅(qū)動電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)732.3.1.變頻器調(diào)速組成和工作原理主電路包括整流電路、濾波電路和逆變電路3個(gè)部分。它的工作原理是：首先將工頻交流電壓通過整流電路轉(zhuǎn)換為直流電壓，經(jīng)過濾波后，再通過逆變電路將直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流電壓?？刂齐娐返墓δ苁窍蛑麟娐诽峁┛刂菩盘枺▽﹄妷汉皖l率進(jìn)行運(yùn)算的運(yùn)算電路，對主電路進(jìn)行電流、電壓檢測的檢測電路，將運(yùn)算電路的控制信號進(jìn)行放大的驅(qū)動電路，以及主電路和控制電路的保護(hù)電路。（三）電機(jī)控制器的工作原理741.1.電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)和功能電機(jī)控制器由功率電路、驅(qū)動與保護(hù)電路、控制電路三大部分組成，功率電路用于進(jìn)行能量的變換；驅(qū)動與保護(hù)電路，用于實(shí)現(xiàn)對功率模塊的驅(qū)動控制與故障保護(hù)；控制電路用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制與整車通信等功能。在驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)中，驅(qū)動電機(jī)的輸出動作主要是靠控制單元給定命令執(zhí)行，即控制器輸出命令?？刂破髦饕菍⑤斎氲闹绷麟娔孀兂呻妷?、頻率可調(diào)的三相交流電(直流電機(jī)是直流電)，供給配套的驅(qū)動電機(jī)使用。驅(qū)動電機(jī)控制器其將動力電池提供的直流電,轉(zhuǎn)化為交流電，然后輸出給電機(jī)；通過電機(jī)的正轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)整車加速、減速；通過電機(jī)的反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)倒車；其通過有效的控制策略，控制動力總成以最佳方式協(xié)調(diào)工作，如圖所示。（三）電機(jī)控制器的工作原理751.2.吉利帝豪EV450車型電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)（三）電機(jī)控制器的工作原理761.3.特斯拉ModelS：采用交流感應(yīng)電機(jī)，如下左圖所示是特斯拉電機(jī)及逆變器總成。該電機(jī)總成高壓線束沒有外露線，目前不能分解維修，如需更換需要返廠。隨著特斯拉的國產(chǎn)化，最新單電機(jī)版本Model3采用了永磁同步電機(jī)。特斯拉電機(jī)及逆變器總成模塊（三）電機(jī)控制器的工作原理771.4.奧迪e-tron逆變器分解圖：

（三）電機(jī)控制器的工作原理781.5.比亞迪最新的e3.0平臺：采用的是八合一電動力總成，它將驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器、車載充電器、直流變換器、配電箱、整車控制器、電池管理器八個(gè)版塊通通集成在一塊，讓動力系統(tǒng)更加輕量化和小型化，車內(nèi)的空間就能做得更大。同時(shí)因?yàn)檫@些部件挨得很近，所以電力傳輸?shù)穆窂骄蜁兌?，減少傳遞損耗，讓整個(gè)總成的綜合效率達(dá)到89%。

（三）電機(jī)控制器的工作原理792.驅(qū)動電機(jī)控制技術(shù)驅(qū)動電機(jī)控制技術(shù)實(shí)際是電力電子變流器技術(shù)的應(yīng)用。是電能的變換與控制技術(shù)，包括四大類：當(dāng)電動車或混合動力汽車車輛處于再生制動工況時(shí)，將交流電變換為直流電為動力蓄電池充電，稱為整流技術(shù)（AC-DC）；將動力蓄電池的高壓電轉(zhuǎn)換成低壓電源12V，為低壓電路系統(tǒng)提供工作電源和為輔助蓄電池充電；一種直流電變換為另一種直流電稱為直流斬波（DCChopper）或者直流—直流變換（DC-DCConvert）；車輛正常行駛時(shí)動力蓄電池高壓直流電轉(zhuǎn)換成可供驅(qū)動電機(jī)工作的高壓交流電，即直流電變換為交流電稱為逆變，將一種交流電變換為另一種交流電稱為交—交變流技術(shù)。

（三）電機(jī)控制器的工作原理802.驅(qū)動電機(jī)控制技術(shù)用于新能源汽車中的動力電力電子裝置主要由大功率DC-AC逆變器構(gòu)成，在燃料電池電動汽車中，通常還有大功率DC-DC變換器，在深度混合動力汽車中也常常采用大功率雙向DC-DC變換器。此外，在各種電動汽車中還有小功率的DC-DC變換器，用于進(jìn)行低壓蓄電池的充電；或者采用中小功率AC-DC對動力高壓蓄電池進(jìn)行充電；而交—交變流技術(shù)在電動汽車應(yīng)用領(lǐng)域相對較少。以下重點(diǎn)介紹前3類變流技術(shù)。

（三）電機(jī)控制器的工作原理812.1.DC-AC逆變電路的定義逆變電路是與整流電路相對應(yīng)，把直流電變成交流電稱為逆變。當(dāng)交流側(cè)接在電網(wǎng)上，即交流側(cè)接有電源時(shí)稱為有源逆變；當(dāng)交流側(cè)直接和負(fù)載鏈接時(shí)稱為無源逆變。逆變電路的應(yīng)用非常廣泛，在已有的各種電源中蓄電池、干電池、太陽能電池等都是直流電源，當(dāng)需要這些電源向交流負(fù)載供電時(shí)，就需要逆變電路。另外交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置使用非常廣泛，其電路的核心部分都是逆變電路。它的基本作用是在電路的控制下將中間直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。

（三）電機(jī)控制器的工作原理822.2.DC-AC逆變電路工作原理將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，向驅(qū)動電機(jī)提供工作電源，逆變電路輸出的頻率和電壓的大小，取決于負(fù)載的實(shí)際需要，可以是定壓定頻的負(fù)載，也可以是調(diào)壓調(diào)頻的負(fù)載。逆變器是將直流轉(zhuǎn)換為交流的裝置，反之亦然。逆變的最基本原理是通過組合4個(gè)開關(guān)（S1至S4），可將電流從直流轉(zhuǎn)換為交流。如圖a）所示，開關(guān)S1和S4均接通時(shí)，正電壓施加至負(fù)載（Vo）。如圖b）所示，開關(guān)S2和S3均接通時(shí)，負(fù)電壓施加至負(fù)載（Vo）。（三）電機(jī)控制器的工作原理832.2.DC-AC逆變電路工作原理通過在S1和S4以及S2和S3之間交替接通，可將交流電壓施加至負(fù)載（Vo）。通過相應(yīng)改變開關(guān)的ON/OFF時(shí)間，可將頻率切換至所需頻率。這種能調(diào)壓調(diào)頻的逆變器通常稱為變頻器。需要持續(xù)改變電壓以產(chǎn)生正弦波。任務(wù)6：電機(jī)控制器（三）電機(jī)控制器的工作原理842.2.PWM工作原理檢測到所需輸出電壓（Vi）持續(xù)極短的一段時(shí)間（Ts）。通過控制“Ton”（開關(guān)ON時(shí)間）的時(shí)間，“Vi·Ts”的面積和“Vd·Ton”（電源電壓×開關(guān)ON時(shí)間）的面積相同，且有效電壓變?yōu)閂i。通過此方式控制開關(guān)的ON-OFF時(shí)間，使產(chǎn)生的電壓持續(xù)改變，從而產(chǎn)生正弦交流電壓?？刂泼}沖寬度以改變被稱為PWM（脈寬調(diào)制）的輸出電壓。任務(wù)6：電機(jī)控制器（三）電機(jī)控制器的工作原理852.3.三相橋式逆變電路工作原理如果把三相負(fù)載、、看成電機(jī)的三個(gè)繞組，如圖所示，那么三相橋式逆變電路猶如三相橋式可控整流電路與三相橋式二極管整流電路的反并聯(lián)，其中可控電路用來實(shí)現(xiàn)直流到交流的逆變，不可控電路為感性負(fù)載電流提供續(xù)流回路，完成無功能量的續(xù)流或反饋，因此與IGBT并聯(lián)的六個(gè)二極管～稱為續(xù)流二極管或反饋二極管。這種三相橋式逆變電路在電機(jī)控制系統(tǒng)的變頻調(diào)速系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。任務(wù)6：電機(jī)控制器（三）電機(jī)控制器的工作原理862.3.三相橋式逆變電路工作原理三相橋式逆變電路其管子的導(dǎo)通次序和整流電路一樣，也是VT1、VT2、VT3，……，各管的觸發(fā)信號依次互差60°。根據(jù)各管導(dǎo)通時(shí)間的長短，分為180°導(dǎo)通型和120°導(dǎo)通型兩種。對瞬時(shí)完成換流的理想情況，180°導(dǎo)通型的逆變電路在任意瞬間都有三只管子導(dǎo)通，每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)各管導(dǎo)通的角度為180°。同相中上下兩橋臂中的兩只管子稱為互補(bǔ)管，它們輪流導(dǎo)通，如A相中的VT1和VT4各導(dǎo)通180°，但相位也差180°，不會引起電源經(jīng)VT1和VT4的貫穿短路。所以180°型三相橋式逆變電路每隔60°，各管的導(dǎo)通情況依次是VT1、VT2、VT3，VT2、VT3、VT4，VT3、VT4、VT5，……，VT5、VT6、VT1，如此反復(fù)。120°導(dǎo)通型逆變電路中各管導(dǎo)通120°，任意瞬間只有不同相的兩只管子導(dǎo)通，同一橋臂中的兩只管子不是瞬時(shí)互補(bǔ)導(dǎo)通，而是有60°的間隙時(shí)間。所以逆變器的各管每隔60°，依次按VT1、VT2，VT2、VT3，VT3、VT4，……，VT6、VT1次序?qū)?。?dāng)某相中沒有逆變管導(dǎo)通時(shí)，該相的感性電流經(jīng)該相中的二極管導(dǎo)通。（三）電機(jī)控制器的工作原理872.4.1.AC-DC再生制動電路控制定義和功能制動系統(tǒng)是汽車上保證汽車安全性的最主要的裝置，電動汽車在滑行或下坡時(shí)，利用汽車的慣性力，來帶動電動機(jī)從驅(qū)動狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電動機(jī)制動狀態(tài)或轉(zhuǎn)換為發(fā)電狀態(tài)，將汽車滑行或下坡時(shí)的動能或者位能，在轉(zhuǎn)換為電能的同時(shí)對汽車起電制動作用（相當(dāng)于發(fā)動機(jī)制動），其中有一部分能量是可以回收的。這是傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)汽車所不能實(shí)現(xiàn)的。電動汽車的重要節(jié)能措施之一即為能量的可回收。但電動汽車在緊急制動時(shí)，仍然需要采用ABS等機(jī)械式制動系統(tǒng)，以確保電動汽車行駛的安全性。因此，在電動汽車上，可使用再生制動系統(tǒng)和傳統(tǒng)制動系統(tǒng)相結(jié)合的方式，即混合制動系統(tǒng)。任務(wù)6：電機(jī)控制器（三）電機(jī)控制器的工作原理882.4.1.AC-DC再生制動電路控制定義和功能當(dāng)電動汽車在滑行或下坡時(shí)，驅(qū)動輪通過傳動系統(tǒng)帶動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，只是在駕駛?cè)丝刂浦苿犹ぐ澹ɑ蚩刂破鳎瑢⒅苿有盘杺鬟f到電動機(jī)的ECU，控制電動機(jī)從驅(qū)動狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電制動狀態(tài)時(shí)，電動機(jī)開始產(chǎn)生制動阻力。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)動機(jī)狀態(tài)的（同步）轉(zhuǎn)速時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)，并將發(fā)出的電能充入動力蓄電池組。駕駛?cè)嗽陔妱悠嚲o急制動時(shí)，還必須通過ABS制動系統(tǒng)的ECU，將高壓制動液輸送到前后輪的機(jī)械式制動器中，實(shí)現(xiàn)緊急制動。電動汽車安裝此能量回收系統(tǒng)，能夠有效發(fā)揮電動汽車的特點(diǎn)，回收車輪制動、下坡滑行、高速運(yùn)行及減速運(yùn)行等狀態(tài)下的部分能量。任務(wù)6：電機(jī)控制器（三）電機(jī)控制器的工作原理892.4.2.AC-DC再生制動電路控制工作原理Rc為電阻，為制動限流電阻，U為蓄電池的電壓，E為電動機(jī)的感應(yīng)電勢，L為電機(jī)電樞的電感。工作時(shí)，將電動機(jī)電柜驅(qū)動電流斷開，電樞兩端接入一個(gè)開關(guān)電路。由于電機(jī)為感性器件，感應(yīng)電勢E與感應(yīng)電流t隨時(shí)間i的變化率di/dt有如下關(guān)系：當(dāng)閉合開關(guān)時(shí)，工作回路由電機(jī)感應(yīng)電勢引起的感應(yīng)電流經(jīng)開關(guān)K構(gòu)成，此時(shí)的制動電流為感應(yīng)電流，其大小為：當(dāng)斷開開關(guān)K時(shí)，的絕對值快速增大，使得感應(yīng)電勢E快速上升，直至E＞U時(shí)，能量反饋實(shí)現(xiàn)。設(shè)是電流回饋電路中的等效電阻，制動電流是回饋電流，即實(shí)現(xiàn)了通過向蓄電池充電的方式將電機(jī)再生制動的電能儲存起來的目的。任務(wù)6：電機(jī)控制器（三）電機(jī)控制器的工作原理902.4.3.DC-DC直流電源轉(zhuǎn)換電路控制車輛的電氣零部件（如前照燈和音響系統(tǒng)）和各ECU使用直流電壓12V作為其電源。在常規(guī)車輛中，交流發(fā)電機(jī)（使用發(fā)動機(jī)電源）用于為12V蓄電池充電并為電氣零部件供電。然而，在混合動力汽車中，發(fā)動機(jī)間歇操作期間發(fā)動機(jī)定期停止。因此，混合動力汽車不使用交流發(fā)電機(jī)。DC-DC轉(zhuǎn)換器降低混合動力蓄電池的電壓并為12V系統(tǒng)供電。任務(wù)6：電機(jī)控制器（三）電機(jī)控制器的工作原理912.4.3.DC-DC直流電源轉(zhuǎn)換電路控制DC-DC轉(zhuǎn)換器將HV蓄電池的電壓從直流電壓201.6V轉(zhuǎn)換為直流電壓14V。與常規(guī)車輛不同，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出電流和輸出電壓無關(guān)。在晶體管橋接電路中將高壓（201.6V）暫時(shí)轉(zhuǎn)換為交流并通過變壓器降至低壓。然后，將交流轉(zhuǎn)換為直流，并穩(wěn)定地輸出至直流電壓12V系統(tǒng)，如圖所示。任務(wù)6：電機(jī)控制器（三）電機(jī)控制器的工作原理922.4.4.電機(jī)控制器的工作原理在驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)中，驅(qū)動電機(jī)的輸出動作主要是靠控制單元給定命令執(zhí)行，即控制器輸出命令?？刂破髦饕菍⑤斎氲闹绷麟娔孀兂呻妷骸㈩l率可調(diào)的三相交流電（直流電機(jī)是直流電），供給配套的驅(qū)動電機(jī)使用。驅(qū)動電機(jī)控制器將動力蓄電池提供的直流電，轉(zhuǎn)化為交流電，然后輸出給電機(jī)；通過電機(jī)的正轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)整車加速、減速；通過電機(jī)的反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)倒車；通過有效的控制策略，控制動力總成以最佳方式協(xié)調(diào)工作。任務(wù)6：電機(jī)控制器（三）電機(jī)控制器的工作原理932.4.4.電機(jī)控制器的工作原理前置前驅(qū)汽車一般電機(jī)控制器安裝在前機(jī)艙內(nèi)，采用CAN通訊控制，控制著動力蓄電池組到電機(jī)之間能量的傳輸，同時(shí)采集電機(jī)位置信號和三相電流檢測信號，精確地控制驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行。驅(qū)動電機(jī)控制器，主要依靠電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器來進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，根據(jù)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行電壓、電流的調(diào)整控制以及其他控制功能的完成。電流傳感器用于檢測電機(jī)工作實(shí)際電流，包括母線電流、三相交流電流。電壓傳感器用于檢測供給電機(jī)控制器工作的實(shí)際電壓，包括動力蓄電池電壓、12V蓄電池電壓。溫度傳感器用于檢測電機(jī)控制系統(tǒng)的工作溫度，包括IGBT模塊的溫度。驅(qū)動電機(jī)控制器上分為低壓接口和高壓接口。驅(qū)動電機(jī)控制器集成DC-DC轉(zhuǎn)換功能將直流高壓電變?yōu)榈蛪弘娊o蓄電池充電。當(dāng)車輛處于能量消耗階段，電機(jī)控制器將動力蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電以驅(qū)動電機(jī)。當(dāng)車輛制動或滑行階段，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)應(yīng)用。它可以完成由車輪旋轉(zhuǎn)的動能到電能的轉(zhuǎn)換，給蓄電池充電。電機(jī)控制器還可以將動力蓄電池的高壓電通過DC-DC變換器轉(zhuǎn)化為低壓電，為整車低壓系統(tǒng)供電。北汽EV200能量傳遞路線如圖6-31所示。（三）電機(jī)控制器的工作原理942.4.4.北汽EV200能量傳遞路線（三）電機(jī)控制器的工作原理952.5.電機(jī)控制器工作模式（1）轉(zhuǎn)矩控制模式。電機(jī)控制系統(tǒng)控制電機(jī)軸向四象限的轉(zhuǎn)矩。由于沒有轉(zhuǎn)矩傳感器，轉(zhuǎn)矩指令（由整車控制器發(fā)送）被轉(zhuǎn)換成為電流指令，并進(jìn)行閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)矩控制模式只有在獲得正確的初始偏移角度時(shí)才能進(jìn)行。（2）靜態(tài)模式。靜態(tài)模式在電機(jī)控制器（PEU）處于被動狀態(tài)（待機(jī)狀態(tài)）或故障狀態(tài)時(shí)被激活。（3）主動放電模式。主動放電用于高壓直流端電容的快速放電。主動放電指令來自整車控制器的指令或由電機(jī)控制器（PEU）內(nèi)部故障觸發(fā)。（4）DC-DC直流轉(zhuǎn)換。電機(jī)控制器（PEU）中的DC-DC轉(zhuǎn)換器將高壓直流端的高壓轉(zhuǎn)換成指定的直流低壓（12V低壓系統(tǒng)），低壓設(shè)定值來自整車控制器指令。（5）系統(tǒng)診斷功能。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，軟件根據(jù)故障級別使PEU進(jìn)入安全狀態(tài)或限制狀態(tài)。安全狀態(tài)包括主動短路或Freewheel模式，限制狀態(tài)包括四個(gè)級別的功率/轉(zhuǎn)矩輸出限制。（三）電機(jī)控制器的工作原理962.6.特斯拉電機(jī)逆變器特斯拉電機(jī)逆變器將來自動力蓄電池包的直流（DC）轉(zhuǎn)換成定子的三個(gè)交流（AC）相。電流波形為彼此120°異相，在定子中產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的磁場。這種定子磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流產(chǎn)生另一個(gè)與定子磁場相對的磁場，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子扭矩。電機(jī)速度取決于電機(jī)逆變器提供的交流頻率。電機(jī)扭矩取決于交流的幅度。電機(jī)逆變器將來自換擋桿、加速踏板和制動踏板的駕駛?cè)酥噶钷D(zhuǎn)換為提供給電機(jī)的交流電，以產(chǎn)生移動車輛的正確速度、扭矩和旋轉(zhuǎn)方向。電機(jī)逆變器是一個(gè)雙向系統(tǒng)，將蓄電池電流轉(zhuǎn)換為電機(jī)電流，電流以任意方向流動并以任意方向輸出扭矩。能量回收制動通過使用電機(jī)逆變器產(chǎn)生負(fù)扭矩以及從電機(jī)流向蓄電池的相應(yīng)電流來實(shí)現(xiàn)。只有在穩(wěn)定控制系統(tǒng)和ABS系統(tǒng)激活時(shí)，才可以使用能量回收制動。牽引力控制在Model3的穩(wěn)定控制系統(tǒng)中實(shí)施，扭矩限制命令在牽引力減小時(shí)發(fā)送給電機(jī)逆變器。（三）電機(jī)控制器的工作原理972.6.特斯拉電機(jī)逆變器電機(jī)逆變器的電路板上有雙核數(shù)字信號處理器（DSP）。主核控制電機(jī)，監(jiān)測驅(qū)動單元系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并處理駕駛?cè)苏埱?。被稱為“踏板監(jiān)控器”的第二個(gè)核是一個(gè)安全處理器，當(dāng)電機(jī)電流、速度或加速跨踏板狀況表明主處理器工作不正常時(shí)，該處理器可以停止扭矩生成?？赏ㄟ^CAN接口對兩個(gè)核進(jìn)行編程，二者通過共享內(nèi)存相互通信。柵極驅(qū)動電路將主DSP核生成的切換信號轉(zhuǎn)換為可以驅(qū)動電力半導(dǎo)體的信號。電力半導(dǎo)體根據(jù)這些信號將高壓蓄電池的直流電在三個(gè)定子相位中轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的交流電。電機(jī)逆變器監(jiān)測電機(jī)和電力電子元件的溫度。它把對電機(jī)、變速箱和逆變器電子元件的冷卻請求發(fā)送給溫度控制器。電機(jī)逆變器不對冷卻液流量或風(fēng)扇速度進(jìn)行直接控制，溫度控制器設(shè)法讓系統(tǒng)達(dá)到針對里程和效率優(yōu)化的目標(biāo)。如果超過熱量限制，電機(jī)逆變器將限制電機(jī)扭矩，直至溫度回落到標(biāo)稱工作范圍內(nèi)。（三）電機(jī)控制器的工作原理982.6.特斯拉電機(jī)逆變器前電機(jī)逆變器受主控后電機(jī)逆變器控制。后電機(jī)逆變器計(jì)算前部和后部所需的后驅(qū)動單元扭矩，連同巡航控制、牽引力控制和扭矩分配，隨后作為輸出扭矩請求發(fā)送給副電機(jī)逆變器。副電機(jī)逆變器沒有加速或制動踏板輸入，因此依靠合用CAN總線信號檢查主電機(jī)逆變器是否出錯(cuò)，從而避免錯(cuò)誤運(yùn)行。Model3電機(jī)逆變器有24個(gè)電力半導(dǎo)體設(shè)備（Tpak）。母排將這些設(shè)備連接到蓄電池正極、蓄電池負(fù)極和三個(gè)相位。電機(jī)逆變器包含6個(gè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)由4個(gè)并聯(lián)的半導(dǎo)體設(shè)備構(gòu)建而成。高壓側(cè)開關(guān)位于蓄電池正極和相位輸出端之間，低壓側(cè)開關(guān)則位于相位輸出端與蓄電池負(fù)極之間。逆變器的每個(gè)相位都有一個(gè)高壓側(cè)開關(guān)和一個(gè)低壓側(cè)開關(guān)。當(dāng)需要形成流經(jīng)定子的電流時(shí)，逆變器通過激活和停用六個(gè)開關(guān)生成三相交流電。國產(chǎn)特斯拉電機(jī)逆變器包含5個(gè)溫度傳感器，其中兩個(gè)位于相位之間的散熱器上，另外3個(gè)分別位于最靠近邏輯連接器的液體端口附近的散熱器上，DSP附近的電機(jī)逆變器印刷電路板總成的前部，以及主動放電電阻器后面的電機(jī)逆變器印刷電路板總成的背面。其他溫度（例如直流鏈路電容器和相位輸出母排）由DSP的主核實(shí)時(shí)計(jì)算。如果逆變器檢測到上述任何溫度超過其預(yù)期值（例如出現(xiàn)冷卻液流缺失的情況），便會將輸出功率限制到安全水平。（四）、電機(jī)及控制器的冷卻系統(tǒng)991.電機(jī)及控制器冷卻系統(tǒng)的作用不可能將電能完全轉(zhuǎn)換為動能，損耗的部分絕大部分轉(zhuǎn)換為熱量。這些熱量會對驅(qū)動系統(tǒng)的正常工作和使用壽命造成不良影響，電機(jī)和控制器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量對電機(jī)和控制器的物理、電氣和力學(xué)特征有重要的影響，當(dāng)溫度上升到一定程度，它們的絕緣材料會發(fā)生本質(zhì)的變化，最終使其失去絕緣能力。另一方面，隨著電機(jī)溫度的升高，電機(jī)中的金屬構(gòu)件強(qiáng)度，硬度也會慢慢下降。由電子元器件構(gòu)成的電機(jī)控制器，同樣會由于溫度過高而導(dǎo)致電子器件性能下降，出現(xiàn)不利影響，如溫度過高會導(dǎo)致半導(dǎo)體結(jié)點(diǎn)，電路損壞，增加電阻，甚至燒壞電子元器件。（四）、電機(jī)及控制器的冷卻系統(tǒng)1001.電機(jī)及控制器冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)背景不可能將電能完全轉(zhuǎn)換為動能，損耗的部分絕大部分轉(zhuǎn)換為熱量。這些熱量會對驅(qū)動系統(tǒng)的正常工作和使用壽命造成不良影響，電機(jī)和控制器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量對電機(jī)和控制器的物理、電氣和力學(xué)特征有重要的影響，當(dāng)溫度上升到一定程度，它們的絕緣材料會發(fā)生本質(zhì)的變化，最終使其失去絕緣能力。另一方面，隨著電機(jī)溫度的升高，電機(jī)中的金屬構(gòu)件強(qiáng)度，硬度也會慢慢下降。由電子元器件構(gòu)成的電機(jī)控制器，同樣會由于溫度過高而導(dǎo)致電子器件性能下降，出現(xiàn)不利影響，如溫度過高會導(dǎo)致半導(dǎo)體結(jié)點(diǎn)，電路損壞，增加電阻，甚至燒壞電子元器件。（四）、電機(jī)及控制器的冷卻系統(tǒng)1012.電機(jī)及控制器冷卻系統(tǒng)作用新能源汽車的動力系統(tǒng)中，必須安裝散熱系統(tǒng)提高系統(tǒng)效率，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞將直接影響者電機(jī)及電機(jī)控制器的安全運(yùn)行和使用壽命。電機(jī)控制器的主要生熱器件是輸出級的功率絕緣柵型雙極場效應(yīng)管MOSFET器件。這些功率模塊的損耗主要包括晶體管工作時(shí)的導(dǎo)通損耗、關(guān)斷損耗、通態(tài)損耗、截止損耗和驅(qū)動損耗。這些功率損耗都會轉(zhuǎn)換成熱能，使控制器發(fā)熱。最重要的是通態(tài)損耗和關(guān)斷損耗，這兩項(xiàng)損耗是電機(jī)控制器熱量的主要來源。電動機(jī)內(nèi)部由鐵芯和繞組線圈組成，電機(jī)通電運(yùn)行都會有不同的發(fā)熱現(xiàn)象。繞組有電阻，通電會產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損。除直流電機(jī)外，電動汽車電機(jī)控制器輸出的電流多為方波，不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，會產(chǎn)生諧波損耗。鐵芯有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場中也會產(chǎn)生損耗，其大小與材料、電流、頻率、電壓有關(guān)，這就是鐵損。銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機(jī)的效率。（四）、電機(jī)及控制器的冷卻系統(tǒng)1023.電機(jī)及控制器冷卻系統(tǒng)的散熱類型電機(jī)及控制器冷卻系統(tǒng)的散熱類型包括自然冷卻、風(fēng)冷、水冷。1.自然冷卻自然冷卻就是指不采用特別的散熱措施，讓發(fā)熱部件通過自身表面與環(huán)境空氣的作用，或通過相鄰部件的傳導(dǎo)作用，將熱量傳送出去，達(dá)到散熱的目的。自然冷卻依靠電機(jī)鐵芯自身的熱傳遞，散去電機(jī)產(chǎn)生的熱量，熱量通過封閉的機(jī)殼表面?zhèn)鬟f給周圍介質(zhì)，其散熱面積為機(jī)殼的表面，為增加散熱面積，機(jī)殼表面可加冷卻筋。（四）、電機(jī)及控制器的冷卻系統(tǒng)1033.電機(jī)及控制器冷卻系統(tǒng)的散熱類型電機(jī)及控制器冷卻系統(tǒng)的散熱類型包括自然冷卻、風(fēng)冷、水冷。3.1.自然冷卻自然冷卻就是指不采用特別的散熱措施，讓發(fā)熱部件通過自身表面與環(huán)境空氣的作用，或通過相鄰部件的傳導(dǎo)作用，將熱量傳送出去，達(dá)到散熱的目的。自然冷卻依靠電機(jī)鐵芯自身的熱傳遞，散去電機(jī)產(chǎn)生的熱量，熱量通過封閉的機(jī)殼表面?zhèn)鬟f給周圍介質(zhì)，其散熱面積為機(jī)殼的表面，為增加散熱面積，機(jī)殼表面可加冷卻筋。自然冷卻具有結(jié)構(gòu)簡單，不需要輔助設(shè)施就能實(shí)現(xiàn)，但自然冷卻效率差，僅適用于轉(zhuǎn)速低、負(fù)載轉(zhuǎn)矩小、電機(jī)發(fā)熱量較小的小型電動機(jī)及其控制器。（四）、電機(jī)及控制器的冷卻系統(tǒng)1043.電機(jī)及控制器冷卻系統(tǒng)的散熱類型電機(jī)及控制器冷卻系統(tǒng)的散熱類型包括自然冷卻、風(fēng)冷、水冷。3.2.風(fēng)冷風(fēng)冷是通過空氣流過發(fā)熱部件表面或特別設(shè)計(jì)的風(fēng)道，帶走發(fā)熱部件內(nèi)部所產(chǎn)生的熱量。風(fēng)冷是電機(jī)自帶同軸風(fēng)扇來形成內(nèi)風(fēng)路循環(huán)或外風(fēng)路循環(huán)，通過風(fēng)扇產(chǎn)生足夠的風(fēng)量，帶走電機(jī)所產(chǎn)生的熱量。介質(zhì)為電機(jī)周圍的空氣，空氣直接送入電機(jī)內(nèi)，吸收熱量后向周圍環(huán)境排出。（四）、電機(jī)及控制器的冷卻系統(tǒng)1053.2.風(fēng)冷風(fēng)冷式控制器的冷卻原理為將變頻器散熱片的冷卻葉片置于通風(fēng)管道處或電動風(fēng)扇出風(fēng)口處，使其被管道或出風(fēng)口吹入或抽入的風(fēng)冷卻。風(fēng)冷式控制器通常被設(shè)計(jì)用來產(chǎn)生適度動力、主要作為汽車發(fā)動機(jī)的輔助動力的輕度混合動力汽車的驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)，可以通過風(fēng)冷方式對其進(jìn)行降溫處理。通常情況下，空氣冷卻系統(tǒng)包括：冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)管道、冷卻風(fēng)扇、散熱器（安裝于控制器組件內(nèi)）、出風(fēng)口等。進(jìn)風(fēng)口通常位于汽車內(nèi)部，從車輛的內(nèi)部抽取新鮮空氣。出風(fēng)口通常將空氣排出車外。有些風(fēng)冷型控制器的冷卻系統(tǒng)采用獨(dú)立的風(fēng)冷系統(tǒng)，用于控制器和或車輛DC-DC轉(zhuǎn)換器的降溫，而另外一些情況則是將變頻器的風(fēng)冷系統(tǒng)與車輛電池組的冷卻系統(tǒng)整合到一起。由于風(fēng)冷式變頻器不需要散熱器或液體冷卻液管路，它也可以被安裝在發(fā)動機(jī)艙之外的區(qū)域。例如：大多數(shù)本田思域混合動力汽車的所有主要高壓部件都采用風(fēng)冷，所以其風(fēng)冷式控制器與風(fēng)冷式的動力電池組和DC-DC轉(zhuǎn)換器一起，都裝在汽車后座后。（四）、電機(jī)及控制器的冷卻系統(tǒng)1063.3.水冷水冷主要依靠冷卻水泵帶動冷卻液在冷卻管道中循環(huán)流動，通過在散熱器的熱交換等物理過程，冷卻液帶走電機(jī)與控制器產(chǎn)生的熱量。為使散熱器熱量散發(fā)更充分，通常還在散熱器后方設(shè)置風(fēng)扇。（四）、電機(jī)及控制器的冷卻系統(tǒng)1073.3.水冷水冷的冷卻效果比風(fēng)冷更顯著，無熱量散發(fā)到環(huán)境中。但是，需要良好的機(jī)械密封裝置，水循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在滲漏隱患，如果發(fā)生水滲漏，會造成電機(jī)絕緣破壞，可能燒毀電動機(jī)；水質(zhì)需要處理，其電導(dǎo)率、硬度和pH值都有一定的要求。大多數(shù)混合動力汽車和純電動汽車采用的是水冷式控制器，這種控制器位于汽車的發(fā)動機(jī)室，其冷卻液的進(jìn)、出口能容易地被連接到散熱器上以方便對冷卻液降溫。其冷卻液通常與發(fā)動機(jī)冷卻液類似或相同。（四）、電機(jī)及控制器的冷卻系統(tǒng)1083.4.新能源汽車電機(jī)及控制器冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理1.混合動力汽車電機(jī)及控制器冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理混合動力汽車電機(jī)控制冷卻系統(tǒng)中，一般采用