純電動汽車構(gòu)造與檢修-項(xiàng)目三 驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修

純電動汽車構(gòu)造與檢修03項(xiàng)目三

驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修任務(wù)一驅(qū)動電機(jī)檢修任務(wù)描述

主要重點(diǎn)掌握驅(qū)動電機(jī)構(gòu)造，驅(qū)動電機(jī)的拆裝以及了解按照驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的工作原理和控制策略，對后續(xù)的檢修工作打下基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)目標(biāo)理論知識

如果說發(fā)動機(jī)是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的心臟，驅(qū)動電機(jī)就是純電動汽車的心臟。它同發(fā)動機(jī)的功能一樣，擔(dān)負(fù)著純電動汽車的驅(qū)動功能，驅(qū)動電機(jī)性能的好壞直接影響純電動汽車性能的高低。一、驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的組成及工作原理（一）直流電動機(jī)直流電動機(jī)是指通入直流電流而產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動的電動機(jī)（見圖3-1和圖3-2）。1.直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)

直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式很多，但總體上不外乎由定子（靜止部分）和轉(zhuǎn)子（運(yùn)動部分）組成（見圖3-2）。2.直流電動機(jī)的工作原理

通電導(dǎo)線在磁場中會受到磁場力的作用，由左手定則（見圖3-11），把左手放入磁場中，讓磁力線垂直穿入手心，磁力線從N極出發(fā)進(jìn)入S極，四指指向電流所指方向，則大拇指的方向就是導(dǎo)體受力的方向。

電源的直流電加于電刷A（正極）和B（負(fù)極）上，則線圈abcd中流過電流：在導(dǎo)體ab中，電流由a指向b；在導(dǎo)體cd中，電流由c指向d。用左手定則可知導(dǎo)體ab所受到的磁場力從右向左，導(dǎo)體cd所受到的磁場力從左向右，這樣形成的轉(zhuǎn)矩M為逆時針方向。在該轉(zhuǎn)矩作用下電樞將逆時針方向旋轉(zhuǎn)，如圖3-12a所示。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過了180°，直流電仍由電刷A流入、從電刷B流出，電流在電樞內(nèi)的流向改變?yōu)閐到c、b到a，由左手定則可知導(dǎo)體cd所受到的磁場力從右向左，ab所受磁場力從左向右，轉(zhuǎn)矩M方向仍為逆時針，則可保持電樞持續(xù)逆時針動，如圖3-12b所示。3.直流電動機(jī)的勵磁方式

按勵磁方式不同，直流電動機(jī)可分為他勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、串勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)4種類型。圖3-13至圖3-17中，Ia為電樞電流，Ea為電樞反電勢，F(xiàn)f為他勵和并勵方式下的勵磁電流，F(xiàn)s為串勵和復(fù)勵方式下的勵磁電流。(1)他勵直流電動機(jī)他勵直流電動機(jī)的電樞和勵磁繞組由兩個獨(dú)立的直流電源供電（見圖3-13）。(2)并勵直流電動機(jī)并勵直流電動機(jī)的電樞和勵磁繞組并聯(lián)后由一個獨(dú)立的直流電源供電（見圖3-14）。(3)串勵直流電動機(jī)串勵直流電動機(jī)的電樞和勵磁繞組串聯(lián)后由一個獨(dú)立的直流電源供電（見圖3-15）。(4)復(fù)勵直流電動機(jī)復(fù)勵電動機(jī)有兩個繞組，一個并勵繞組，一個串勵繞組，并勵繞組和電樞并聯(lián)，和串勵繞組串聯(lián)后由一個獨(dú)立的直流電源供電。若兩繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同，稱為積復(fù)勵；若相反，稱為差復(fù)勵（見圖3-16和圖3-17）。（二）交流異步電動機(jī)在交流異步電動機(jī)中，分為單相和三相，應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬三相交流異步電動機(jī)。交流異步電動機(jī)的性能特點(diǎn)有：小型輕量化；易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速超過10000r/min的高速旋轉(zhuǎn)；高速低轉(zhuǎn)矩時運(yùn)轉(zhuǎn)效率高；低速時有高轉(zhuǎn)矩，以及有寬泛的速度控制范圍；高可靠性；制造成本低；控制裝置簡單。1.三相交流異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)三相交流異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3-18所示。2.工作原理1)當(dāng)三相異步電動機(jī)接到三相電源上時，定子繞組就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子電流反過來又受到磁場的電磁力作用，根據(jù)左手定則能判斷出，由電磁力所導(dǎo)致的電磁轉(zhuǎn)矩促使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，以轉(zhuǎn)速n2旋轉(zhuǎn)。2)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2永遠(yuǎn)小于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速)n1，也就是說，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速np總是與同步轉(zhuǎn)速n2保持一定轉(zhuǎn)速率，即保持異步關(guān)系，所以把這類電動機(jī)稱為異步電動機(jī)。另外，平時所講的電動機(jī)轉(zhuǎn)速就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。（三）永磁電動機(jī)

永磁電動機(jī)主要可分為永磁有刷直流電動機(jī)、永磁無刷直流電動機(jī)、永磁同步交流電動機(jī)和永磁混合式電動機(jī)四種。其中在電動汽車上的應(yīng)用以永磁無刷直流電動機(jī)和永磁同步交流電動機(jī)為主。1.永磁無刷直流電動機(jī)2.永磁同步交流電動機(jī)

永磁同步電動機(jī)（PermanentMagnetSynchrounousMotor，PMSM）具有體積小、效率高、功率因數(shù)高、起動力矩大、力能指標(biāo)好、溫升低等特點(diǎn)，已經(jīng)成為電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主流電機(jī)之一（見圖3-28）。（四）開關(guān)磁阻電動機(jī)

開關(guān)磁阻電動機(jī)（SwitchedReluctanceMotor，SRM）是近些年發(fā)展的新型調(diào)速電機(jī)（見圖3-33），結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速范圍寬且性能好，現(xiàn)已廣泛用在儀器儀表、家電、電動汽車等領(lǐng)域。1.開關(guān)磁阻電動機(jī)的結(jié)構(gòu)

開關(guān)磁阻電動機(jī)由雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子組成，其定子、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通的硅鋼片疊壓而成（見圖3-34）。2.開關(guān)磁阻電動機(jī)的工作原理

開關(guān)磁阻電動機(jī)依據(jù)磁路磁阻最小原理（或磁通最大原理）使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。如圖3-35所示，定子有A、B、C、D四對凸極，轉(zhuǎn)子有1、2、3三對凸極，當(dāng)電子開關(guān)S1、S2閉合，使A、A′定子繞組通電勵磁時，通過轉(zhuǎn)子形成閉合磁路，但電動機(jī)定子鐵心與磁場的軸線不重合，于是轉(zhuǎn)子就會受到彎曲磁力線切向分力的作用而轉(zhuǎn)動，直到轉(zhuǎn)子1、1′凸極軸線轉(zhuǎn)至與定子A、A′凸極軸線重合的位置（閉合磁路的磁阻最?。?。圖3-36所示為相電感、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子位置的變化關(guān)系。3.開關(guān)磁阻電動機(jī)的性能特點(diǎn)1）調(diào)速范圍寬、控制靈活；2）制造和維護(hù)方便；3）運(yùn)轉(zhuǎn)效率高；4）可四象限運(yùn)行，具有較強(qiáng)的再生制動能力；5）結(jié)構(gòu)簡單、成本低、制造工藝簡單；6）轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)；7）損耗??；8）可控參數(shù)多、調(diào)速性能好；9）適于頻繁起動、停止以及正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。三、驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)控制策略（一）驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動模式

整車控制器根據(jù)車輛運(yùn)行時的車速、檔位、動力蓄電池SOC值來決定電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩/功率。當(dāng)電機(jī)控制器從整車控制器處得到轉(zhuǎn)矩輸出命令時，將動力蓄電池提供的直流電轉(zhuǎn)化成三相交流電，驅(qū)動電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，通過機(jī)械傳輸來驅(qū)動車輛，圖3-37所示為驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動模式示意圖。（二）驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)發(fā)電模式

當(dāng)車輛在滑行或制動時，電機(jī)控制器從整車控制器得到發(fā)電命令后，電機(jī)控制器將電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，此時電機(jī)會將車子動能轉(zhuǎn)化成電能。然后，三相正弦交流電通過電機(jī)控制器轉(zhuǎn)化為直流電，存儲到動力蓄電池中，圖3-38所示為驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)發(fā)電模式示意圖。四、驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)檢修（旋變故障案例）（一）旋轉(zhuǎn)變壓器的簡介

旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在驅(qū)動電機(jī)上，是一種電磁式傳感器，又稱為同步分解器，用來測量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度。在電動汽車上，使用旋轉(zhuǎn)變壓器作為測量驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速的元件，并將測得的轉(zhuǎn)速信號傳遞給電機(jī)控制器。1.旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理

2.旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)變壓器有多種形式，應(yīng)用于電動汽車電機(jī)上的旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上分為線圈和信號齒圈兩部分。其中，傳感器線圈固定在殼體上，也就是定子上，信號齒圈固定在轉(zhuǎn)子上。傳感器線圈由勵磁、正弦和余弦三組線圈組成。（二）旋轉(zhuǎn)變壓器故障排除

在電機(jī)與控制器低壓線束連接正確的前提條件下，如果出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器故障，一般分為兩種情況：一是旋轉(zhuǎn)變壓器本身故障，二是控制器旋變解碼電路故障。但是無論上述兩種故障哪一種出現(xiàn)，都會導(dǎo)致電機(jī)系統(tǒng)無法起動或轉(zhuǎn)矩輸出偏小等現(xiàn)象。若上述情況出現(xiàn)，首先檢查電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器是否損壞。檢查電機(jī)控制器與電機(jī)連接低壓線束無退針與虛接現(xiàn)象，檢查電機(jī)控制器低壓控制插件12V供電是否正常，檢查步驟如下：1.檢查電路的通斷2.檢查勵磁繞組的電壓3.檢查線圈的電阻值

（三）2018款比亞迪秦PRO-DMBSG電機(jī)維修案例1.故障現(xiàn)象

一輛2018款比亞迪秦PRO-DM混動車，搭載BYD476ZQA型發(fā)動機(jī)，行駛里程為1200km。車主反映，該車無法使用BSG電機(jī)起動發(fā)動機(jī)，只能用普通起動電機(jī)起動車輛。2.故障診斷與排除連接專用診斷儀，在BSG系統(tǒng)中讀取到4個故障碼(圖3-40)：P180396-BSG缺A相(當(dāng)前故障)；P180496-GSG缺B相(當(dāng)前故障)；P180596-BSG缺C相(當(dāng)前故障)；P180F19-硬件過流(歷史故障)。前3個故障碼無法刪除。五、驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)其他常見故障及維修

在排除驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的故障時，可以使用診斷儀檢查故障碼，再根據(jù)故障碼的提示，來分析故障產(chǎn)生的原因并進(jìn)行電路和電氣元件的檢查。驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)常見故障及解決方法見表3-1。1.電動汽車故障維修方法與技巧包括保障維修方法、故障診斷方法、故障維修技巧、電路故障診斷與檢修注意事項(xiàng)等內(nèi)容。2.故障維修方法包括直觀檢測法與現(xiàn)代儀器設(shè)備檢測法。3.特別注意在進(jìn)行維修拆裝工作時需要做到使用專用工具，佩戴好勞保用品，工作細(xì)心，螺釘歸位，時刻注意安全操作。學(xué)習(xí)小結(jié)通過自主學(xué)習(xí)及查閱相關(guān)資料，完成下列題目：1.

是車輛的核心裝置，是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。2.電力驅(qū)動控制系統(tǒng)可分為

、

和

。知識鞏固任務(wù)二驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)常見故障與檢修任務(wù)描述

電機(jī)控制器是驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的控制中心，本任務(wù)點(diǎn)需重點(diǎn)對電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)及類型進(jìn)行學(xué)習(xí)，了解電機(jī)控制器的功能。另外還應(yīng)對變頻器有一定認(rèn)知。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。在汽車上根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等。學(xué)習(xí)目標(biāo)理論知識一、電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)與控制策略

電動機(jī)控制器是驅(qū)動電動機(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)動集成電路和主控集成電路。通過把微電子器件和功率器件集成到同一芯片上，形成了智能功率模塊。對所有的輸入信號進(jìn)行處理，并將驅(qū)動電動機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息通CAN2.0網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給整車控制器。驅(qū)動電動機(jī)控制器內(nèi)含故障診斷電路，當(dāng)診斷出異常時，它將會激活一個錯誤代碼，發(fā)送給整車控制器，同時也會存儲該故障碼和數(shù)據(jù)。電動機(jī)控制器是使用電流傳感器、電壓傳感器和溫度傳感器來提供驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的工作信息的。（一）傳感器1.電流傳感器

用以檢測電動機(jī)工作的實(shí)際電流（包括母線電流、三相交流電流)。2.電壓傳感器

用以檢測供給電動機(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)。3.溫度傳感器

用以檢測電動機(jī)控制系統(tǒng)的工作溫度（包括IGBT模塊溫度、電動機(jī)控制器板載溫度)。（二）結(jié)構(gòu)與分類1.電動機(jī)控制器結(jié)構(gòu)2.電動機(jī)控制器的類型

電動機(jī)控制器根據(jù)驅(qū)動電動機(jī)的不同，分為直流電動機(jī)控制器、交流電動機(jī)控制器和開關(guān)磁阻電動機(jī)控制器三大類。3.電動機(jī)控制器的功能4.變頻器

(1)功能

（2）基本結(jié)構(gòu)模型（3）變頻器的種類：1）按主要功率電路分。2）按開關(guān)方式分。3）按工作原理分。4）按用途分。（三）驅(qū)動電機(jī)控制策略

根據(jù)電動汽車的PRND四個檔位以及加速踏板和制動踏板信號的不同組合，將電動汽車的運(yùn)動狀態(tài)分為五種運(yùn)行模式，分別是起車模式、正常驅(qū)動模式、失效保護(hù)模式、制動能量回饋模式和空檔模式。整車控制器采集鑰匙信號、加速踏板、制動踏板、檔位信號和其他傳感器信號，然后提取出有效值，整車控制策略通過對這些有效值判斷、計算，取相應(yīng)的驅(qū)動模式，然后向電機(jī)控制器發(fā)送整車期望轉(zhuǎn)矩指令。1.起車模式

起車模式是指車輛已經(jīng)起動，檔位掛在驅(qū)動檔，加速踏板開度為零的運(yùn)行模式。此時整車控制器發(fā)送給電機(jī)控制器的轉(zhuǎn)矩指令為起車小轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩的主要功能是：如果在平直路面上行駛，可以使車輛保持一個恒定起車速度前行，如果在坡道上，則防止起車時車輛倒溜。在起車模式下，車輛最終以恒定速度行駛，并且車速有一個最大值，若車速超過這個值，則電機(jī)停止轉(zhuǎn)矩的輸出。2.正常驅(qū)動模式（見圖3-55）

正常驅(qū)動模式是指車輛處于驅(qū)動使能狀態(tài)下，整車動力系統(tǒng)能夠無故障運(yùn)行，保障車輛正常行駛。此時整車控制器根據(jù)加速踏板開度、車速和電池SOC值來確定發(fā)送給電機(jī)控制器的轉(zhuǎn)矩指令，當(dāng)電機(jī)控制器從整車控制器得到轉(zhuǎn)矩輸出的指令時，將動力蓄電池提供的直流電，轉(zhuǎn)化成三相交流電，驅(qū)動電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，通過機(jī)械傳輸來驅(qū)動車輛。正常驅(qū)動模式下有一個最大行駛車速。3.制動能量回饋模式（見圖3-56）

制動能量回饋模式也稱為發(fā)電模式，在此模式下，若車輛在運(yùn)行時制動信號有效，并且車速大于一定值，則對車輛的動能進(jìn)行回收。由于電機(jī)既可以作電動機(jī)，又可以作發(fā)電機(jī)，根據(jù)電機(jī)的這一特點(diǎn)，電動汽車除具備傳統(tǒng)燃油汽車制動系統(tǒng)的基本功能外，制動時調(diào)整載荷分配比例系數(shù)，在電機(jī)控制器從整車控制器得到發(fā)電指令后，使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。此時電機(jī)輸出制動轉(zhuǎn)矩，有效地吸收車輛制動時的動量，電機(jī)將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能，然后三相正弦交流電通過電機(jī)控制器轉(zhuǎn)化為直流電，產(chǎn)生的電能給動力蓄電池充電，增加能量的利用率，故電動汽車具有制動能量回饋的功能。

4.空檔模式

空檔模式是指檔位信號在N位時，整車控制器發(fā)送給電機(jī)控制器的轉(zhuǎn)矩指令為0，電機(jī)處于自由狀態(tài)，電機(jī)隨著驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動。傳統(tǒng)的燃油汽車由于發(fā)動機(jī)不能帶負(fù)載起動，在塞車或等候交通綠燈時，需要讓發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)動。這部分燃油是不做功的，降低了整車的能量利用率，同時怠速時，燃油燃燒不充分，還造成了比較大的環(huán)境污染，而電動汽車就不存在這方面的缺點(diǎn)。

5.失效保護(hù)模式

失效保護(hù)模式是指整車動力系統(tǒng)出現(xiàn)非嚴(yán)重的故障時，車輛還可以繼續(xù)行駛而不需要緊急停車。整車控制器根據(jù)故障等級，對需求轉(zhuǎn)矩進(jìn)行限制，輸出轉(zhuǎn)矩維持車輛慢行到附近維修站。

起車模式和正常驅(qū)動模式屬于電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動力矩，制動能量回饋模式屬于電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩為制動力矩，空檔模式時電機(jī)不輸出轉(zhuǎn)矩，失效