新能源汽車控制系統(tǒng)及檢修 課件 項目2 電機控制系統(tǒng)認知與檢修

新能源汽車控制系統(tǒng)及檢修項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修

電機控制系統(tǒng)是純電動汽車三大核心部件之一，是車輛行駛的主要執(zhí)行機構(gòu)。其主要功能之一是根據(jù)駕駛?cè)艘鈭D發(fā)出各種指令，驅(qū)動電機控制器響應并反饋

，實時調(diào)整驅(qū)動電機的輸出，以實現(xiàn)整車的怠速、前行、倒車、停車、能量回收以及駐坡等；之二是通信和保護，

實時進行狀態(tài)和故障檢測，保護驅(qū)動電機系統(tǒng)和整車安全可靠運行。

通過本項目的學習，主要達到以下目標：

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修本項目的主要任務：任務1電機控制系統(tǒng)認知任務2電機控制系統(tǒng)常見故障分析與診斷任務3電機控制系統(tǒng)常見故障診斷與排除

任務1電機控制系統(tǒng)認知任務描述單位新來一批實習員工，需要對比亞迪（秦）EV電動汽車有一個清晰的認識，請你準備一下，結(jié)合實際車輛和相關(guān)資料，講解比亞迪（秦）EV電動汽車電機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。并對學習效果進行考核。任務目標1)能夠清楚講述電機控制系統(tǒng)的功能。2)能夠指明電機控制系統(tǒng)的主要部件，并講述其工作流程。

3)能夠清楚講述電機控制系統(tǒng)各模塊的通信過程。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修任務準備1)防護裝備：

常規(guī)實訓著裝。2)車輛、臺架、總成：比亞迪（

秦）EV電動汽車整車或比亞迪（

秦）EV電動汽車

整車解剖平臺。3)專用工具、設備：

高壓防護工具套裝。4)輔助材料：對應車型比亞迪（秦）EV電動汽車線路圖及維修手冊。知識準備一

、驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)和工作原理比亞迪（秦）EV電動汽車采用的是永磁同步電機，它是電機控制系統(tǒng)的最終執(zhí)行單元，如圖2-1所示，其結(jié)構(gòu)主要分為四大部分：1)電機部分，主要為車輛提供行駛動力，同時在減速及制動時進行能量回收并存入動力電池，它主要由定子、轉(zhuǎn)子（含三相繞組）、電機軸及軸承等組成。2)位置傳感器（旋變）部分，主要用于檢測轉(zhuǎn)子磁極與定子繞組間的空間位置關(guān)。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修系，

產(chǎn)生位置信號，經(jīng)過邏輯處理而形成電機控制系統(tǒng)內(nèi)部功率電子開關(guān)元件的觸發(fā)信號。3)溫度傳感器部分，主要用于監(jiān)測電機及控制系統(tǒng)的溫度，并將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號輸送給電機控制系統(tǒng)。4)散熱系統(tǒng)部分，散熱系統(tǒng)包括水道、冷卻液管插頭、前后端蓋、機座等，主要作用是降低電機及控制系統(tǒng)的溫度，防止其因溫度過高而損壞。

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圖2-1永磁同步電機的結(jié)構(gòu)1.電機部分普通直流電機常采用在電機繞組內(nèi)通以電流的方式來產(chǎn)生磁場，而永磁同步電機則采用在轉(zhuǎn)子上設置永磁體的方式產(chǎn)生磁場。磁場作為媒介進行機械能和電能的相互轉(zhuǎn)換。目前常用的永磁同步電機有兩種：一種是無刷直流電機，簡稱BLDC(Brush-lessDi-rectCurrentMotor),是一種供電電流波形與電樞反電動勢波形都為矩形或梯形的電機；另一種是正弦波永磁同步電機，簡稱PMSM(PermanentMagnetSynchronousMotor),是一種供電

電流波形與電樞反電動勢都為正弦波的電機。這兩種電機的驅(qū)動信號區(qū)別如圖2-2所示。本書以正弦波永磁同步電機為主進行講解，且以下簡稱為永磁同步電機。永磁同步電機的“同步”是指把裝著永磁體的轉(zhuǎn)子放在能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的定子鐵心中，當定子繞組流過電流后，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，轉(zhuǎn)子將會跟隨旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)向、

轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場都相同，

即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子繞組的電流頻率始終保持一致，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致。因此，通過控制

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修電機的定子繞組輸入電流頻率和順序，就可以控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，而如何調(diào)節(jié)電流頻率和通電順序，則是電控部分需要解決的問題。(1)結(jié)構(gòu)永磁同步電機由定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，如圖2-3所示。定子采用硅鋼疊片結(jié)構(gòu)以減小電機運行時的鐵耗；轉(zhuǎn)子鐵心同樣采用硅鋼疊片疊成，不做成實心結(jié)構(gòu)，主要原因是為了減少渦流及其他損耗，避免高速時轉(zhuǎn)矩降低。

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圖2-2永磁同步電機（集中繞組）

的分類1)定子。定子是電機中靜止不動的部分，由定子鐵心、定子繞組和機座3部分組成。其主要作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相電機的定子繞組有3個，通常稱為三相繞組。這三相繞組一共有6個出線端，把它們按照如圖2-4所示的星形（Y）

或三角形(△

)聯(lián)結(jié)后才能由三相電源供電。

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圖2-3交流永磁同步電機的定

、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

圖2-4電機繞組聯(lián)結(jié)方式在有些書籍里面，用A、B、C來分別表示三相電機的三相定子繞組；在現(xiàn)行標準中，則規(guī)定用U、V、W來分別表示。①

星形（Y）聯(lián)結(jié)繞組。把三相繞組的某3個同名端（都是首端或都是尾端）

連接成一端，另3個同名端接到三相電源上，形似星形，如圖2-5所示，此時，如果以380V動力電為例，每相繞組承受的是電源的相電壓，即220V。采用星形聯(lián)結(jié)繞組具有電流小的特點。在電動汽車電機設計中一般采用星形聯(lián)結(jié)繞組。②

三角形(△)聯(lián)結(jié)繞組。三角形(△)聯(lián)結(jié)繞組是把三相繞組首尾相連，形似三角

形閉合回路，如圖2-6所示。3個端點接到三相電源上，每相繞組承受的是電源的線電壓(380V)。

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圖2-5星形（Y

）聯(lián)結(jié)繞組原理圖2)轉(zhuǎn)子。永磁同步電機的轉(zhuǎn)子主要由軸、軸承、轉(zhuǎn)子鐵心及永磁體擋板等組成，如圖2-7所示。根據(jù)電機的制造時永磁體放置在轉(zhuǎn)子鐵心上的方式，轉(zhuǎn)子一般可分為表面式（凸裝式）和內(nèi)置式兩種結(jié)構(gòu)類型。

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圖2-6三角形聯(lián)結(jié)繞組的原理圖

圖2-7電動機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)①

表面式（

凸裝式）。這種表面（

凸裝）式永磁體磁極安裝在轉(zhuǎn)子鐵心圓周表面上，

所以稱為凸裝式永磁轉(zhuǎn)子。根據(jù)磁阻最小原理

，也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合

，磁

極的極性與磁通走向如圖2-8所示。利用外界磁場引力拉動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)

，于是永磁轉(zhuǎn)子就會跟

隨定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)制造工藝簡單

、成本低

，應用較廣泛

，尤其適宜

用于矩形波永磁同步電機。②

內(nèi)置式。這種永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，每個永磁體都被鐵心包圍，如圖2-9所示，相比表面式的結(jié)構(gòu)復雜，其磁路結(jié)構(gòu)主要分為3類：徑向式、切向式、混合式，如圖2-10所示。

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圖2-8電機表面式（凸裝式）

轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)

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圖2-9電機內(nèi)置式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)

圖2-10電機內(nèi)置式轉(zhuǎn)子的分類(2)工作原理永磁同步電機的運行需依靠轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測出轉(zhuǎn)子的位置信號，通過換相驅(qū)動電路來驅(qū)動與定子繞組連接的各功率開關(guān)管的導通與截止，從而控制定子繞組的通電，在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，位置傳感器不斷地送出信號，驅(qū)動電機控制器借此改變電樞的通電狀態(tài)，使得在同一磁極下的導體中的電流方向不變。因此，就可產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩使永磁同步電機運轉(zhuǎn)起來。通電方式有“兩兩通電”和“三三通電”兩種方式，每種通電方式下，系統(tǒng)通常采用典型的“六步電流換向”順序以實現(xiàn)定子內(nèi)繞組的不同通電次序。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修1)兩兩通電。整個電機引出3根線A、B、C,當它們之間兩兩通電時，有6種情況，

分別是A→B、A→C、B→C、B→A、C→A、C→B,如圖2-11所示。如果認定流入繞組的電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正，那么流出繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩就為負，合成轉(zhuǎn)矩就分別為Tab、Tac、Tbc、Tba、Tca、Tcb,如圖2-12所示。當電流從A相繞組流入，再從B相繞組流回電源時，它們合成的轉(zhuǎn)矩Tab大小為√3Ta,流回到電源，此時合成轉(zhuǎn)矩Tac大小同樣為√3Ta,但合成轉(zhuǎn)矩Tac的方向轉(zhuǎn)過了60°電角度；而后每換相1次，合成轉(zhuǎn)矩矢量方向就隨著轉(zhuǎn)過60°電角度，但大小始終保持√3Ta不變。

圖2-11電機兩兩通電工作過程

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圖2-11電機兩兩通電工作過程（續(xù)）在兩兩通電的情況下，其合成轉(zhuǎn)矩增加了√3Ta倍；每隔60°電角度換相一次，每個繞組通電240°,其中正向通電和反向通電各120°,我們把永磁同步電機的這種工作方式稱為“兩相導通星形三相六狀態(tài)”，這是永磁同步電機最常用的一種工作方式。

圖2-12電機兩兩通電合成轉(zhuǎn)矩方向

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修2)三三通電。三三導通方式是指每一瞬間均有3個

功率管同時導通，每隔60°電角度換相1次，每次換相1個功率管，1個橋臂上下管之間換相，

每個功率管導通180°電角度。當電流流入A相繞組

，經(jīng)B相和C相繞組

的電流分別為流過A相繞組電流的一半，其合成轉(zhuǎn)矩方

向同A相，

而大小T0為1.5Ta,如圖2-13所示；經(jīng)過60°電角度后，換相到電流經(jīng)A相和B相繞組（相當于A相和B相繞組并聯(lián)，再流入C相繞組，合成轉(zhuǎn)矩方向與-C相同，轉(zhuǎn)過了60°電角度，大小仍然是1.5Ta;再經(jīng)過60°電角度后，換相到B→C、A通電，而后依次類推，它們的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖，如圖2-14所示。

圖2-13電機三三通電合成轉(zhuǎn)矩方向

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圖2-14電機三三通電工作過程

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修2.位置傳感器部分電磁式位置傳感器又名旋轉(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。當勵磁繞組以一定頻率的交流電壓勵磁時

，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈正

、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。旋變式位置傳感器可用來精確測量角位置，以可變耦合變壓器的方式工作，其初級繞組和兩個次級繞組之間的磁耦合量隨旋轉(zhuǎn)部件（轉(zhuǎn)子）位置而改變，轉(zhuǎn)子通常安裝在電機軸上，如圖2-15所示。

圖2-15電磁式位置傳感器安裝位置

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修(1)結(jié)構(gòu)如圖2-16所示為旋變式位置傳感器的結(jié)構(gòu)圖，它主要由轉(zhuǎn)子

、定子

、繞組

、接線端子等組成。轉(zhuǎn)子安裝在電機軸上，且轉(zhuǎn)子上無繞組，初級和次級繞組均在定子上，轉(zhuǎn)子的凸極（裸露極點）將次級正弦變化耦合至角位置，故這種結(jié)構(gòu)稱為可變磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器

，信號特點為副方（次級）輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈正弦和余弦函數(shù)關(guān)系。(2)工作原理對于永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)來說，位置信號具有決定作用，

因為電機必須工作

圖2-16旋變式位置傳感器結(jié)構(gòu)

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修在位置閉環(huán)控制方式下，系統(tǒng)運行絕對依賴于位置信號的準確獲取，電機需要通過位置信號來決定哪一相應該導通以及在什么時刻導通或截止，如圖2-17所示。(3)工作電路如圖2-18所示為旋變式位置傳感器電路原理圖，從中可以看出，傳感器由勵磁繞組、正弦繞組、余弦繞組構(gòu)成，其中勵磁繞組阻值為38.8(1±10%)Ω,正弦

繞組阻值為56.5(1±10%)Ω,余弦繞組阻值為47.4(1±10%)Ω;驅(qū)動電機控制器

圖2-17旋變式位置傳感器工作原理

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修通過勵磁繞組輸出振幅、頻率恒定的正弦波；驅(qū)動電機控制器通過正、余弦繞組產(chǎn)生的波形判斷驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子位置、速度以及方向。3.溫度傳感器部分溫度傳感器用來感受電機溫度的變化，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成電子信號輸送給驅(qū)動電機控制器。常用的溫度傳感器主要有熱電偶式溫度傳感器、熱敏電阻式溫度傳感器、數(shù)字溫度傳感器(RTD)、半導體溫度傳感器(IC)4種類型，而驅(qū)動電機常用的為熱敏電阻式溫度傳感器，它是一種隨溫度變化、其電阻值發(fā)生變化的傳感器。熱敏電阻共有兩種變化類型，一種是正溫度系數(shù)，即溫度升高，阻值增加；另外一種

圖2-18旋變式位置傳感器電路原理圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修兩種變化類型，一種是正溫度系數(shù)，即溫度升高，阻值增加；另外一種為負溫度系數(shù)，即溫度升高，阻值減小。(1)結(jié)構(gòu)電機溫度傳感器主要由熱敏電阻晶體、燒結(jié)電極、引線、探頭等部件組成，如圖2-19所示。(2)工作原理如圖2-20所示為驅(qū)動電機溫度傳感器的電路原理圖，從中可以看出，為了保證驅(qū)動電機運行安全，系統(tǒng)設置了兩個溫度傳感器，驅(qū)動電機控制器對兩個溫度傳感器信號實時檢測并進行比對，從而更精確地去控制電控系統(tǒng)散熱。

圖2-19電機溫度傳感器結(jié)構(gòu)

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修如果有一個溫度傳感器出現(xiàn)故障，驅(qū)動電機控制器將使用另一個進行替代。如果兩個溫度傳感器同時出現(xiàn)故障，驅(qū)動電機控制器將啟動整車限功率保護功能，車輛最高車速及加速

性能將受限，

同時儀表將點亮限功率指示燈，警示駕駛?cè)吮M快維修。4.散熱系統(tǒng)部分驅(qū)動電機散熱系統(tǒng)的主要作用是冷卻繞組，

防止其溫度過高而燒毀。繞組在電機定子上纏繞并緊貼電機外殼，所以驅(qū)動電機的冷卻系統(tǒng)水道設計在金屬殼內(nèi)，其結(jié)構(gòu)主要包括冷卻液通道、冷卻液管插頭、前后端蓋及機座等，如圖2-21所示。

圖2-20驅(qū)動電機溫度傳感器電路原理圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修如圖2-22所示為驅(qū)動電機冷卻系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)圖，從中可以看出，驅(qū)動電機的冷卻管路和驅(qū)動電機控制器、高壓充配電總成內(nèi)的冷卻管路串聯(lián)，即冷卻液從散熱器下部出來，經(jīng)水泵加壓后依次流經(jīng)高壓充配電總成、驅(qū)動電機控制器、

驅(qū)動電機，然后流回到散熱器，經(jīng)散熱器風扇冷卻后再通過水泵進入冷卻系統(tǒng)循環(huán)。這種方式主要是為了保證電控制系統(tǒng)的冷卻需求，使電控制系統(tǒng)保持合適的工作溫度。

圖2-21驅(qū)動電機冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修二

、驅(qū)動電機控制器結(jié)構(gòu)和工作原理驅(qū)動電機控制器是永磁同步電機的控制大腦，它綜合位置傳感器、溫度傳感器、電流傳感器所提供的電機轉(zhuǎn)子位置、溫度、速度和電流等反饋信息及外部輸入的命令，通過程序進行分析處理，決定控制方式及故障保護等，

向功率變換器發(fā)出執(zhí)行命令，控制永磁同步電機運行。如圖2-23所示為EV系列驅(qū)動電機控制器的安裝位置圖。

圖2-22電機冷卻系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修1.驅(qū)動電機控制器結(jié)構(gòu)驅(qū)動電機控制器既能將動力電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電以驅(qū)動電機，

同時在車輛制動或滑行階段，也能將車輪旋轉(zhuǎn)的動能轉(zhuǎn)換為電能（交流電轉(zhuǎn)換為直流電）

給動力電池充電；它采用CAN總線與其他模塊進行通信，控制動力電池組到驅(qū)動電機之間的能量傳輸，同時采集電機位置信號和三相電流檢測信號，精確地控制驅(qū)動電機運行。

驅(qū)動電機控制器內(nèi)部包含1個DC-AC變換器、冷卻管路和主控單元。

圖2-23驅(qū)動電機控制器安裝位置圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修逆變器由IGBT、直流母線電容、驅(qū)動和控制電路板等組成，可實現(xiàn)直流與交流之間的轉(zhuǎn)變；冷卻管路通過冷卻液給電子功率器件散熱；主控單元是

以磁電機自動化控制技術(shù)為基礎的機電一體化產(chǎn)品，其組成主要包括以下幾部分。(1)主控制單元主控制單元是驅(qū)動電機控制器的核心，如圖2-24中圈示部分，其作用是綜合處理速度指令、速度反饋信號及電流傳感器、位置傳感器、溫度傳感器的反饋信息，控制功率變換器中主開關(guān)器件的通斷，實現(xiàn)對電機運行狀態(tài)的控制。

圖2-24驅(qū)動電機控制器主控制單元

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修在電動汽車上，整車控制器根據(jù)駕駛?cè)说囊鈭D發(fā)出各種指令，驅(qū)動電機控制器響應并反饋，實時調(diào)整驅(qū)動電機的輸出，

以實現(xiàn)整車的怠速、前行、倒車、停車、能量回收以及駐坡等功能。同時還包含通信和保護，實時進行狀態(tài)和故障檢測，保護驅(qū)動電機系統(tǒng)和整車安全可靠運行。(2)速度

、位置檢測單元位置傳感器向驅(qū)動電機控制器提供轉(zhuǎn)子位置及速度、方向等信號，使后者能正確地決定各相繞組的導通和截止的時刻。通常采用光電元件、霍爾元件或電磁繞組進行位置檢測。如

圖2-25所示為比亞迪（秦）EV電動汽車采用的電磁式位置傳感器（

旋變）的信號檢測與分析過程。

圖2-25電磁式位置傳感器（旋變）

信號檢測與分析

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修(3)電流

、電壓檢測單元

其主要作用有以下兩點：1)將檢測到的實時電流作為電流調(diào)節(jié)的控制參量，在啟動、低速和加速運行時進行電流調(diào)節(jié)。2)監(jiān)測功率變換電路，判斷電路是否存在過電流、過電壓、欠電壓故障，

以便進行保護和故障處理。常用的電流、電壓檢測方法是通過電阻或霍爾采樣。

電阻采樣功耗高、檢測靈敏度較低，此外對電流檢測的線性度不好，所以很少采用；而霍爾采樣相對來說靈敏度更高，本身還有自保護功能，因而適用更廣，比亞迪（秦）EV電動汽車就采用這種檢測方法?；魻栃诫娏鱾鞲衅骰诖牌胶馐交魻栐?，根據(jù)霍爾效應原理，如圖2-26所示，從霍爾元件的控制電流端通入電流I,并在霍爾元件平面的法線方向下施加磁場強度為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)生一個電動勢UH,通常稱為霍爾電勢，其大小與控制電I與磁場強度B的乘積成正比。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修如圖2-27所示為霍爾效應式電流傳感器的工作原理示意圖，當主回路有電流通過時，在導線上產(chǎn)生的磁場被磁環(huán)聚集并感應到霍爾元件上，霍爾元件產(chǎn)生的信號用于驅(qū)動功率管并使其導通，從而獲得一個補償電流Is,這一電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場，該磁場與被測電流Ip產(chǎn)生的磁場正好相反，

因而補償了原來的磁場，使霍爾元件的輸出逐漸減?。?/p>

當Is與Ip所產(chǎn)生的磁場相等時，Is不再增加，這時的霍爾元件起到指示零磁通的作用，此時就可以通過Is來測試Ip的大小；當Ip變化時

，平衡受到破壞，霍爾元件有信號輸出，

即重復上述過程重新達到平衡。從磁場失衡到再次平衡，所需的時間理論上不到1μs。

圖2-26霍爾效應原理I—電流B—磁場UH—霍爾電壓

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修(4)功率變換器功率變換是指能有效地將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為負載所需要的交流電能，如圖2-28所示。功率變換技術(shù)是一門新興、用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)，這些電力電子器件包括晶閘管（

晶體閘流管的簡稱，曾被稱為可控硅整流器或可控硅）、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、金氧半場效晶體管(MOSFET)。功率變換技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百MW甚至GW,也可以小到數(shù)W甚至1W以下，其中IGBT使用較多，本書主要講解的是以IGBT組成的功率變換模塊。

圖2-27霍爾效應式電流傳感器工作原理

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修功率變換器是連接電源和電機繞組的開關(guān)部件，通過它將電源能量送入電機，也可將電機內(nèi)的磁場儲能反饋回電源，其功率變換電路所用的開關(guān)部件有IGBT模塊、續(xù)流二極管、散熱板，如圖2-29所示。1)IGBT和IGBT模塊。絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)是由雙極型

晶體管(BJT)和絕緣柵型場效應管(MOS)組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和電力晶體管(GTR)的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低、載流密度大，但驅(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小、開關(guān)速度快，但導通壓降大、載流密度小。

圖2-28驅(qū)動電機控制系統(tǒng)功率變換器

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修功率變換器是連接電源和電機繞組的開關(guān)部件，通過它將電源能量送入電機，也可將電機內(nèi)的磁場儲能反饋回電源，其功率變換電路所用的開關(guān)部件有IGBT模塊、續(xù)流二極管、散熱板，如圖2-29所示。1)IGBT和IGBT模塊。絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)是由雙極型

晶體管(BJT)和絕緣柵型場效應管(MOS)組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和電力晶體管(GTR)的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。

圖2-29驅(qū)動電機控制系統(tǒng)功率變換器結(jié)構(gòu)

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修GTR飽和壓降低、載流密度大，但驅(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小、開關(guān)速度快，但導通壓降大、載流密度小。IGBT正好綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低，非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)，如交流電機、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。IGBT模塊是由IGBT芯片與FWD（

續(xù)流二極管）芯片通過特定的電路橋接封裝而成,封裝后的IGBT模塊直接應用于變頻器、不間斷電源(UPS)等設備上。IGBT模塊具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點；當前市場上銷售的多為此類模塊化產(chǎn)品，一般所說的IGBT也指IGBT模塊；隨著節(jié)能環(huán)保等理念的推進，此類產(chǎn)品在市場上將越來越多；同時，IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷追Q

電力電子裝置的“CPU”,作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領(lǐng)域應用極廣。如圖2-30所示為IGBT和IGBT模塊實物圖。２）續(xù)流二極管。續(xù)流二極管由于在電路中起到續(xù)流的作用而得名，如圖２-31中圈示位置所示。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修2)續(xù)流二極管。續(xù)流二極管由于在電路中起到續(xù)流的作用而得名，如圖2-31中圈示位置所示。一般選擇快速恢復二極管或者肖特基二極管來作為續(xù)流二極管，它在電路中用來保護器件不被感應電壓擊穿或燒壞，以并聯(lián)的方式連接到產(chǎn)生感應電動勢的元件兩端

，并與其形成回路，使其產(chǎn)生的高電動勢在回路中以續(xù)電流方式消耗，從而起到保護電路中的器件不被損壞的作用。大電感負載(電機繞組)在通過電流時，會在其兩端產(chǎn)生感應電動勢；而當電流消失時，其感應電動勢會對電路中的器件產(chǎn)生反向電壓，當反向電壓高于器件的反向擊穿

圖2-30IGBT和IGBT模塊實物圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修電壓時，會對器件如晶體管、晶閘管、IGBT等造成損壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在大電感負載（

電機繞組）的兩端，所以在這些反向電壓通過續(xù)流二極管和繞組構(gòu)成的回路中做功，將電壓（電流）消耗掉，從而保護了電路中其他器件的安全。同時在電機控制電路中，續(xù)流二極管還作為整流二極管使用，將電機輸出的交流電整流為直流電，輸送至動力電池，為動力電池充電。(5)通信單元驅(qū)動電機控制器根據(jù)轉(zhuǎn)矩需求信號（

來自加速踏板位置傳感器）、制動開關(guān)（

踏板)、前進（前進檔)、倒車（倒車檔)、電機轉(zhuǎn)速（旋變）、電機轉(zhuǎn)子位置（旋變）、

圖2-31續(xù)流二極管電路結(jié)構(gòu)圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修、電機溫度等信號控制電機轉(zhuǎn)速、電機旋轉(zhuǎn)方向，

同時發(fā)出冷卻系統(tǒng)啟動請求、故障保護請求（過電流、過電壓、高溫等）等，控制結(jié)構(gòu)如圖2-32所示。在電動汽車整車動力系統(tǒng)管理中，整車控制器是信息控制的中心，負責信息的組織與傳輸、網(wǎng)絡狀態(tài)的監(jiān)控、網(wǎng)絡節(jié)點的管理、信息優(yōu)先權(quán)的動態(tài)分配以及網(wǎng)絡故障的診斷與處理等功能。通過CAN總線協(xié)調(diào)動力電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、車身防盜等模

塊相互通信。

圖2-32驅(qū)動電機整車控制結(jié)構(gòu)

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修(6)驅(qū)動電機控制器電源如圖2-33所示為驅(qū)動電機控制器電源電路原理圖，從中可以看出，驅(qū)動電機控制器供電電源有兩路，都通過IG3繼電器的輸出電源，由熔絲F1/34(10A)至驅(qū)動電機控制器的端子B30A/10和B30A/11,給驅(qū)動電機控制器提供點火開關(guān)（信號）

電源以及功率電源。由于EV電動汽車系列整車控制電源的特殊需求，驅(qū)動電機控制器既要參與打開點火開關(guān)后的工作及CAN通信，還要滿足車輛在點火開關(guān)關(guān)閉、充電時驅(qū)動電機控

圖2-33驅(qū)動電機控制器電源電路原理圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修制器的工作及CAN通信需求，所以這兩種情況下IG3繼電器均需要吸合，其作用就是在這兩個狀態(tài)時都能保證正常啟動及CAN通信，如果此電源出現(xiàn)故障，將導致驅(qū)動電機控制器啟動及CAN通信失敗，致使整車高壓上電失敗。2.驅(qū)動電機控制器的工作原理(1)驅(qū)動電機控制過程驅(qū)動電機控制過程見表2-1。

表2-1驅(qū)動電機控制過程

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修

表2-1驅(qū)動電機控制過程（續(xù)）

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修

表2-1驅(qū)動電機控制過程（續(xù)）

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修(2)調(diào)速、調(diào)矩原理電機調(diào)速的任務是控制電機轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速控制一般通過控制IGBT的導通頻率來改變。轉(zhuǎn)矩與繞組中流過的電流有關(guān)，通常通過IGBT導通的占空比進行控制。

電流越大，電磁力矩就越密集，從而推動轉(zhuǎn)矩變大，轉(zhuǎn)矩變大了轉(zhuǎn)速自然而然地就變大了。(3)驅(qū)動電機發(fā)電原理如圖2-34所示

在發(fā)電狀態(tài)時，利用主控板的控制信號將功率主電路上半橋的功率管IGBT1、IGBT2、IGBT3全關(guān)閉，而下半橋的功率管IGBT4、IGBT5、IGBT6分別按一定規(guī)律進行脈寬調(diào)制(PWM)控制，這樣，因上半橋續(xù)流二極管的存在，其等效電路似同一個半控整流電路。另外，因電動汽車的電源是蓄電池，電機在進入發(fā)電工作時，其發(fā)電電壓必須高于蓄電池電壓才能給蓄電池充電，所以需要采用半控整流的PWM升壓工作原理

，

即產(chǎn)生泵升電壓，

當泵升電壓高于蓄電池的端電壓時就能充電，這一過程全部由驅(qū)動電機控制器控制。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修在驅(qū)動電機控制過程中，電機的降速和停機都是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的，在頻率減小的瞬間，電機的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機械慣性（

車輛慣性）的原因，電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速暫時未變，當同步轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180°,電機從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)；與此同時，電機軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩，使電機的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機處于再生制動狀態(tài)。電機再生的電流經(jīng)續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路，通過控制器本身的電容、電感吸收，使電容

圖2-34驅(qū)動電機發(fā)電過程

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修

、電感短時間電荷堆積，形成“泵升電壓”，促使電壓升高。為了分析問題方便，假設此時IGBT4是導通的，且脈寬調(diào)制工作，取PWM的1個脈沖周期T進行分析，設導通時間為t1,則截止時間為T-t1。1)在[0,t1]時間段內(nèi)IGBT4導通，其工作回路為U相繞組→IGBT4→D5→W相繞組→U相繞組，如圖2-35所示，此時屬于電機電感儲存磁場能量的過程。2)在[t1,T]時間段內(nèi)IGBT4截止

，其工作回路為U相繞組→D1→蓄電池→D5→W相繞組→U相繞組

，如圖2-36所示

，續(xù)流作用向蓄電池充電

，此時屬于電機電感釋放磁場

能量的過程。圖2-35電機電感儲存磁場能量的過程圖2-36電機電感釋放磁場能量的過程

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修控制PWM占空比的大小，

即可使蓄電池兩端的電壓UAB≥回路電壓Ud。當然，在驅(qū)電機控制器中以閉環(huán)控制的方式自動調(diào)整PWM的占空比，滿足UAB電壓不超過蓄電池允許的最高充電電壓，并滿足發(fā)電電流不超過蓄電池允許的最大充電電流。3.驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的功能根據(jù)車輛運行的不同情況，包括檔位、車速、動力電池SOC值、加速踏板位置傳感器、制動開關(guān)、溫度等值來決定電機輸出轉(zhuǎn)矩、功率及旋轉(zhuǎn)方向，同時根據(jù)輔助電氣信息及充電狀態(tài)信息來控制車輛運行。主要控制功能包括：(1)參與高壓上電控制驅(qū)動電機及控制器是整車高壓用電的主要設備，其安全性尤為重要，在整車高壓上電過程中，整車控制系統(tǒng)必須查詢及接收到驅(qū)動電機及控制器性能正常的信息后，才會允許高壓上電。如果驅(qū)動電機及控制器性能異常，整車控制系統(tǒng)將啟動保護功能，停止高壓上電流程，

防止事故發(fā)生。(2)換檔控制檔位管理關(guān)系到駕駛?cè)说陌踩?，正確理解駕駛?cè)艘鈭D，在基于模型開發(fā)的檔位

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修管理模塊中得到很好的優(yōu)化。系統(tǒng)能在換檔控制出現(xiàn)故障時作出相應處理，在駕駛?cè)顺霈F(xiàn)檔位誤操作

時通過儀表等提示駕駛?cè)?，使駕駛?cè)四苎杆偌m正，保證整車安全。如圖2-37所示為換檔控制結(jié)構(gòu)圖。(3)駕駛?cè)艘鈭D解析驅(qū)動電機控制器對駕駛?cè)瞬僮餍畔⒓翱刂泼钸M行分析處理，也就是將駕駛?cè)说募铀傩?/p>

號和制動信號根據(jù)某種規(guī)則轉(zhuǎn)化成驅(qū)動電機的需求轉(zhuǎn)矩命令。因而驅(qū)動電機對駕駛?cè)瞬僮鞯?/p>

響應性能完全取決于加速、制動信號的解析速度和精度。當駕駛?cè)瞬认录铀倩蛑苿犹ぐ鍟r，驅(qū)動電機則要輸出一定的驅(qū)動功率或再生制

圖2-37換檔控制結(jié)構(gòu)圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修(4)驅(qū)動控制根據(jù)駕駛?cè)藢囕v的操縱輸入（加速踏板、制動踏板以及選檔開關(guān)）、車輛狀態(tài)、道路

及環(huán)境狀況，經(jīng)分析和處理，

向驅(qū)動電機控制器發(fā)出相應的指令，控制電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動車輛，以滿足駕駛?cè)藢囕v的動力性要求；同時根據(jù)車輛狀態(tài)，

向驅(qū)動電機控制器發(fā)出相應指令，

以保證車輛的安全性、舒適性。

圖2-38邏輯控制結(jié)構(gòu)圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(ESP)能夠識別車輛起步

、加速及航向偏移時控制車輪的運動狀態(tài)，通過干預動力管理控制或者施加車輪制動，控制車輪滑轉(zhuǎn)率，保證車輛的驅(qū)動穩(wěn)定性和舒適性。車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)ESP為默認開啟狀態(tài)

，駕駛?cè)丝梢酝ㄟ^面板上的“ESPOFF”開關(guān)進行關(guān)閉。功能開啟

、啟動或加速時，系統(tǒng)自動監(jiān)控驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率，超過設定值范圍時，系統(tǒng)通過降低動力輸出轉(zhuǎn)矩或?qū)囕嗊M行液壓制動，防止車輪打滑以致側(cè)向附著力降低；低于設定值范圍時，則可以增加動力輸出（

不高于駕駛?cè)诵枨螅┖徒档椭苿恿?；系統(tǒng)監(jiān)測到故障時，ESP系統(tǒng)會立即關(guān)閉；當駕駛?cè)诵枨筠D(zhuǎn)矩小于可能的輸出轉(zhuǎn)矩時，ESP對動力輸出的干預會立即停止。車輛上電時，系統(tǒng)會進行自檢，此時儀表上的ESP故障指示燈常亮，幾秒后若無故障則熄滅；ESP失效時，儀表上ESP故障燈會持續(xù)點亮，若故障不排除，故障燈會一直點亮。故障排除后，在下一點火循環(huán)恢復功能?！癊SPOFF”開關(guān)被按下，ESP功能關(guān)閉，儀表上“ESPOFF”燈常亮。(5)上坡輔助功能控制電動汽車在坡上起步時，駕駛?cè)藦乃砷_制動踏板到踩下加速踏板過程中，會出

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修現(xiàn)整車向后溜車的現(xiàn)象。在坡上行駛過程中，如果駕駛?cè)瞬燃铀偬ぐ宓纳疃炔粔?，整車會出現(xiàn)車速逐漸降到零然后向后溜車現(xiàn)象。為了防止出現(xiàn)電動車在坡上起步和運行時向后溜車的現(xiàn)象，在整車控制策略中增加了上坡輔助功能。上坡輔助功能可以保證整車在坡上起步時，向后溜車小于10cm;在整車坡上運行過程中如果動力不足時，整車車速會慢慢降到零，然后保持零車速，不再向后溜車。(6)制動能量回收控制驅(qū)動電機控制器根據(jù)加速踏板和制動踏板的開度、車輛行駛狀態(tài)信息以及動力電池的狀態(tài)信息（如SOC值）來判斷某一時刻能否進行制動能量回收，在滿足安全性能、制動性能

以及駕駛?cè)耸孢m性的前提下回收部分能量，其控制結(jié)構(gòu)如圖2-39所示。(7)車輛狀態(tài)實時監(jiān)測和顯示驅(qū)動電機控制器對系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時進行監(jiān)測，并且將系統(tǒng)的狀態(tài)信息和故障診斷信息通過組合儀表顯示出來。(8)行車控制分級驅(qū)動電機控制器根據(jù)車輛狀態(tài)信息確定車輛的運行模式，這些模式主要包括正

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修常模式、跛行模式和停機保護模式。(9)熱管理控制在車輛運行過程中，驅(qū)動電機和驅(qū)動電機控制器工作電流大，產(chǎn)熱量大，

同時系統(tǒng)處于封閉的空間，就會導致驅(qū)動電機和驅(qū)動電機控制器因散熱不好而溫度上升。如果溫度過高，

將導致驅(qū)動電機功率下降，甚至電機繞組和驅(qū)動電機控制器內(nèi)部的IGBT功率管燒毀，車輛無法正常運行。為了保證驅(qū)動電機和控制系統(tǒng)良好的工作性能，必須配備一套熱管理系統(tǒng)。

圖2-39制動能量回收控制結(jié)構(gòu)圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修如圖2-40所示為電動汽車驅(qū)動電機及控制器冷卻系統(tǒng)示意圖，從中可以看出，冷卻系統(tǒng)的主要組成包括散熱器、冷卻風扇、控制單元、溫度傳感器和高壓模塊水泵。冷卻風扇設置于散熱器進風端；電動汽車的驅(qū)動電機、驅(qū)動電機控制器分別設置有散熱器（板），散熱器（板）分別通過管道串聯(lián)于散熱器的進水端與出水端之間，驅(qū)動電機、驅(qū)動電機控制器的散熱器（板）上均設置有溫度傳感器；高壓模塊水泵分別串聯(lián)于驅(qū)動電機控制器、高壓

充配電總成、驅(qū)動電機的散熱器冷卻液支路上，以恒速運行；水泵、冷卻風扇受控于VCU,電機溫度傳感器連接驅(qū)動電機控制器。

圖2-40電動汽車驅(qū)動電機及控制器冷卻系統(tǒng)

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修高壓模塊水泵由車身控制模塊通過IG3繼電器控制，打開點火開關(guān)后低壓上電，IG3繼電器工作，高壓模塊水泵開始恒速運轉(zhuǎn)，電控系統(tǒng)冷卻液開始流動。風扇采用高低速控制策略，控制模塊能夠根據(jù)IGBT溫度、驅(qū)動電機溫度控制轉(zhuǎn)速，當溫度較低時，冷卻風扇關(guān)閉以節(jié)約電能；當溫度稍高時，風扇以一個較低的轉(zhuǎn)速運行；當溫度高時，冷卻風扇全速運行，以獲得最大的散熱量，維護散熱系統(tǒng)的溫度不會過高。任務實施1)在教師的引導下

，

以小組為單位學習相關(guān)技能

，并完成下列作業(yè)：①

電機控制系統(tǒng)的主要功能有哪些？

。②

簡述電機控制系統(tǒng)的組成。

。③

簡述驅(qū)動電機控制器的工作原理。

。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修2)在教師的引導下分組，以小組為單位學習相關(guān)知識，并結(jié)合電機控制系統(tǒng)線路圖，完成以下作業(yè)：①

認識線路圖中的元素、編碼、規(guī)則。②

勾畫出線路圖中的系統(tǒng)通信線路。③

在車輛上查找系統(tǒng)部件，繪制部件線路圖。④

按照下列表格索引，測量線路和元件標準值，并完成下列數(shù)據(jù)采集表格。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修評價反饋一

、學習效果評價找一輛不同車型的新能源汽車

，完成與本任務相同的作業(yè)。二

、學習過程評價

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修任務2電機控制系統(tǒng)常見故障分析與診斷任務描述一輛電動轎車，拋錨后來到修理廠修理，車主向業(yè)務員描述掛入D位或R位后，松開制動踏板并踩加速踏板，車輛無法運行。您作為服務顧問，試車后請確定故障嚴重程度。跟客戶說明維修的大約用時和費用。任務目標1.知識目標1)能描述電動汽車電機控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。

2)能描述電動汽車CAN總線控制的基本結(jié)構(gòu)和工作過程。3)能描述電動汽車電機控制系統(tǒng)各傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。4)能描述與電機控制系統(tǒng)有關(guān)的部件，并能準確描述其工作原理。2.能力目標1)可以借助原廠資料（維修手冊）準確描述電動汽車電機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。2)能借助原廠維修資料和對車輛的理解，對車輛電機不運轉(zhuǎn)故障進行系統(tǒng)分析。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修3)能借助原廠維修資料和對車輛的理解，對車輛電機功率受限故障進行系統(tǒng)分析。3.素質(zhì)目標1)能夠按照企業(yè)5S要求和安全生產(chǎn)規(guī)范進行操作。

2)具有一定的溝通能力和團隊合作能力。4.拓展目標1)能對同一車型的電機控制系統(tǒng)故障進行診斷與排除。

2)能對其他車型的同類故障進行診斷與排除。任務準備1)防護裝備：

常規(guī)實訓著裝。2)車輛、臺架、總成：

比亞迪（

秦）EV電動汽車整車或比亞迪（

秦）EV電動汽車整車解剖平臺。3)專用工具

、設備：

高壓防護工具套裝。4)輔助材料：對應車型比亞迪（秦）EV電動汽車線路圖及維修手冊。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修知識準備一

、故障現(xiàn)象驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)常見的

、穩(wěn)定的故障現(xiàn)象有兩種：1)踩下制動踏板，打開點火開關(guān)，車輛“OK”燈正常點亮，掛入D位或R位后，松開制動踏板并踩加速踏板，車輛無法運行（電機不運轉(zhuǎn)或發(fā)出“吭吭”的聲音）。2)踩下制動踏板，打開點火開關(guān)，車輛“OK”燈正常點亮，掛入D位或R位，松開制動踏板并踩加速踏板，車輛可以行走，但速度無法上升。說明：此處只針對驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)的故障造成電機不運轉(zhuǎn)或電機功率受限的現(xiàn)象，驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)中造成高壓不上電的故障原因不在考慮之列。二

、故障分析1.初步分析如圖2-41所示為驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)電路原理圖

，如果驅(qū)動電機、驅(qū)動電機控制器、驅(qū)

動線路或其關(guān)鍵信號輸入出現(xiàn)故障

，都將造成驅(qū)動電機無法正常運轉(zhuǎn)

，車輛無法正常行駛。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修

圖2-41驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)驅(qū)動電機控制器電路原理圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修2.故障驗證正常情況下，踩制動踏板數(shù)次后并保持，鑰匙指示燈應閃爍；打開點火開關(guān)，儀表上的電量、檔位、外界溫度應正常顯示（

無閃爍），可運行指示燈、車輛模式指示燈(ECO)應點亮；制動踏板高度應明顯降低；在5s內(nèi)主正、主負繼電器應發(fā)出“咔嗒”的正常工作聲，否則說明故障存在。故障現(xiàn)象1:踩制動踏板數(shù)次并保持，按壓點火開關(guān)，儀表點亮正常，制動踏板高度明顯下降，可清晰聽見前機艙電子扇發(fā)出“嗡嗡”的運轉(zhuǎn)聲，但此時空調(diào)制冷開關(guān)并沒有按下

；動力電池接觸器正常閉合后又斷開，高壓不能正常上電；儀表上可運行指示燈不能正常點亮，主警告燈、ESP系統(tǒng)警告燈點亮，儀表中部循環(huán)提示“請檢查動力系統(tǒng)”“EV功能受限”“請檢查ESP系統(tǒng)”，如圖2-42所示；車輛無法換入D位或R位，

即車輛無法行駛。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修動力電池包內(nèi)接觸器發(fā)出了“咔嗒”的吸合聲，說明VCU防盜認證通過，BMS、充配電總成自檢正常，已允許高壓上電。而接觸器吸合后又斷開，結(jié)合車輛上電控制流程，說明車輛在上電后發(fā)現(xiàn)異常，可能原因為絕緣檢測未通過、驅(qū)動電機控制器檢測母線電壓失敗。儀表中部提示“請檢查動力系統(tǒng)”“EV功能受限”“請檢查ESP系統(tǒng)”，根據(jù)車輛控制邏輯以及儀表文字提示的關(guān)聯(lián)性和故障等級，“EV功能受限”包含“請檢

圖2-42組合儀表顯示1

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修查動力系統(tǒng)”，“請檢查動力系統(tǒng)”包含“請檢查ESP系統(tǒng)”，所以首先要對“EV功能受限”信息進行分析。所謂的EV功能

，就是指車輛高壓上電、動力驅(qū)動兩方面的控制功能。如果高壓互鎖檢測、絕緣檢測、單體電池電壓／溫度監(jiān)測、電流監(jiān)測、驅(qū)動電機及驅(qū)動電機控制器檢測、充配電總成檢測等出現(xiàn)異常，將導致車輛高壓上電失敗，

同時儀表將點亮主警告燈，提示“EV功能受限”。而驅(qū)動系統(tǒng)以及ESP系統(tǒng)出現(xiàn)故障，在高壓正常上電、換檔行駛過程中，

儀表也將點亮主警告燈，并提示“EV功能受限”，此時或無法行駛，或限速9km，踩加速踏板后車速無反應。儀表提示“請檢查動力系統(tǒng)”，說明動力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，而動力控制系統(tǒng)主要包括VCU、驅(qū)動電機控制器、BMS、充配電總成等，

同時附加ESP模塊、檔位控制器等。而如果VCU出現(xiàn)異常，首先導致防盜系統(tǒng)認證失敗，高壓無法上電；而如果驅(qū)動電機控制器、充

配電總成的電源、通信或電腦自身存在嚴重故障，將導致車輛無法上電，車輛可以上電，說明以上故障不存在。而如果驅(qū)動電機控制器存在無法監(jiān)測母線電壓的情況，或者無法將監(jiān)測

結(jié)果輸出，或者整個高壓系統(tǒng)絕緣、互鎖（部分車型）監(jiān)測發(fā)現(xiàn)故障，則會出現(xiàn)上電后繼

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修電器立即斷開的現(xiàn)象。打開點火開關(guān)后電子扇運轉(zhuǎn)，說明系統(tǒng)可能存在以下故障：

1）

充配電管理單元中的溫度檢測故障。2）

驅(qū)動電機及控制器內(nèi)部的溫度檢測故障。

3）

空調(diào)制冷系統(tǒng)啟動信號故障。以上兩個故障分析流程，都指向驅(qū)動電機控制器，大概率說明驅(qū)動電機控制器自身存在

局部故障。故障現(xiàn)象2:踩制動踏板數(shù)次并保持，按壓點火開關(guān)，儀表點亮正常；動力電池繼電器正常動作，高壓可以正常，上電后儀表上的可運行指示燈能正常點亮；車輛可正常換檔，松開制動踏板并踩加速踏板，車輛蠕動一下后停止不動；等大約6s后，儀表上“OK”燈熄滅

，儀表中部循環(huán)提示文字“請檢查動力系統(tǒng)”“請檢查ESP系統(tǒng)”；且有時下電后無法重新上電，如圖2-43所示。結(jié)合以上現(xiàn)象分析，初次打開點火開關(guān)后可正常上電，說明上電過程涉及的驅(qū)動電機控制器、VCU、OBC、BMS、高壓互鎖、高壓絕緣都檢測正常。在換檔加速時

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修車輛蠕動了一下，說明驅(qū)動電機控制器已正常對驅(qū)動電機進行驅(qū)動，驅(qū)動電機開始運轉(zhuǎn)，但無法持續(xù)。如果要進入正常行駛狀態(tài)，需要檔位信息、制動踏板信息、加速踏板信息、電機位置傳感器信息等。車輛可以正常換檔且有蠕動，說明換檔及制動踏板信息正常；如果加速踏板有故障，車輛會持續(xù)低速行駛；而車輛蠕動后停止，根據(jù)電機驅(qū)動邏輯

，說明驅(qū)動電機控制器無法驅(qū)動電機正常運轉(zhuǎn)，可能原因為以下的一項或多項：1）

驅(qū)動電機高壓（U、V、W）

相線中缺一相。2）

驅(qū)動電機位置傳感器勵磁信號線路開路、虛接、短路故障。

圖2-43組合儀表顯示2

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修3)驅(qū)動電機位置傳感器余弦信號線路開路、虛接、短路故障。4)驅(qū)動電機位置傳感器正弦信號線路開路、虛接、短路故障。三

、DTC分析現(xiàn)在的汽車一般都具有自診斷功能，

即使通過故障現(xiàn)象可以明確故障范圍，但也最好首先讀取故障記憶，因為這特別有利于驗證分析是否正確，或者可以進一步縮小故障范圍。如

果有故障碼，應清楚故障碼的定義和生成的條件，并基于此展開診斷和故障檢修；如果沒有故障碼，則基于先前的分析進行系統(tǒng)診斷。連接故障診斷儀器，掃描驅(qū)動電機控制器，讀取故障碼，實測過程中會遇到三種情況：

1)診斷儀器可以正常和驅(qū)動電機控制器通信，但系統(tǒng)沒有故障記憶。2)診斷儀器可以正常和驅(qū)動電機控制器通信，并可以讀取到系統(tǒng)中所存儲的故障碼。

3)診斷儀器不能正常和驅(qū)動電機控制器通信。如果診斷儀器不能正常和驅(qū)動電機控制器通信，則可以嘗試與其他控制模塊進行通信，

綜合所有控制模塊的通信狀況來判定故障所在。如圖2-44所示為診斷通信

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修通信，

綜合所有控制模塊的通信狀況來判定故障所在。如圖2-44所示為診斷通信線路原理圖，從

中可以看出，診斷儀器通過連接線、OBD-Ⅱ診斷接口、CAN總線與驅(qū)動電機控制器或其他控制單元進行通信。如果診斷儀器無法進入車輛所有系統(tǒng)，則可能是故障診斷儀器、診斷連接線、無線或藍牙通信、OBD-Ⅱ診斷接口、CAN總線中的一個或多個出現(xiàn)故障；如果只是

圖2-44EV系列診斷通信線路原理圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修某個控制單元如法到達，則可能是該控制單元或其電源線路、相鄰的CAN總線區(qū)間出現(xiàn)故障。利用故障碼進行故障診斷時，按以下步驟進行：1)讀取故障碼，查閱資料了解故障碼的定義和生成條件。

2)驗證故障碼的真實性，常用的驗證方法也分兩步。①

清除故障碼

、模仿故障工況運行車輛

、再次讀取故障碼。②

通過數(shù)據(jù)流或在線測量值來判定故障真實性

，并由此展開系統(tǒng)測量。四

、故障診斷面對驅(qū)動電機控制系統(tǒng)無法正常運行的故障，診斷及處理失誤將給企業(yè)和個人造成相當

大的損失。正確的診斷及處理，不可能來自于盲目的主觀臆斷，而應該是建立在獲取與故障有關(guān)信息的基礎上，依據(jù)驅(qū)動電機控制器、BMS、高壓充配電總成

等的工作原理以及控制結(jié)構(gòu)，運用科學的分析方法，按照合理的步

驟進行綜合分析，去偽存真、舍次取主，排除故障受害者，找出故障肇事者，這才是提高故障診斷準確性的關(guān)鍵所在。為了便于分析，不至于被眾多雜亂無章的信息擾亂思路，需要結(jié)合電路原理圖，遵從以下流程進行診斷維修。電機控制系統(tǒng)運行異常的診斷流程，如圖2-45所示。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修

圖2-45驅(qū)動電機控制系統(tǒng)運行異常的診斷流程

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修

圖2-45驅(qū)動電機控制系統(tǒng)運行異常的診斷流程（續(xù)）

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修任務實施1)教師根據(jù)下表內(nèi)容設置故障，學生對車輛進行測試，確認故障現(xiàn)象，進行系統(tǒng)分析，并得出故障的可能原因。（配微課和視頻以指導教師設置故障）2)完成工作頁填寫。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修評價反饋1)小組討論。2)各小組互評。3)教師記錄過程并進行評價。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修任務3電機控制系統(tǒng)常見故障診斷與排除任務描述一輛電動轎車

，來到修理廠修理

，車主向業(yè)務員主訴儀表循環(huán)提示“請檢查動力系統(tǒng)”“EV功能受限”“請檢查ESP系統(tǒng)”，車輛無法換入D位或R位。服務顧問試車后確定此故

障為車輛電機控制系統(tǒng)故障。請你在約定的時間內(nèi)對車輛進行檢修

，完成診斷報告單

，將修

好的車輛返還業(yè)務部門

，并給客戶提供用車建議。注意填寫后附件中的汽車維修服務接

車單。任務目標1.知識目標1)能描述電動汽車電機控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。

2)能描述電動汽車CAN總線控制的基本結(jié)構(gòu)和工作過程。3)能描述電動汽車電機控制系統(tǒng)各傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。4)能描述與電機控制系統(tǒng)有關(guān)的部件，并能準確描述其工作原理。2.能力目標1)可以借助原廠資料（

維修手冊）準確描述電動汽車電機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修2)能編制電機控制系統(tǒng)引起車輛電機不工作、功率受限異常的故障樹（診斷流程）。3)能借助原廠資料和診斷設備，按照編制的故障樹（診斷流程）進行系統(tǒng)診斷，

以確定故障所在。4)能正確排除診斷出的故障，并對車輛進行試驗，

以確保車輛運行正常。

5)能正確完成診斷報告，并給客戶提供用車建議。3.素質(zhì)目標1)能夠按照企業(yè)5S要求和安全生產(chǎn)規(guī)范進行操作。2)具有一定的溝通能力和團隊合作能力。4.拓展目標1)能對同一車型的整車控制系統(tǒng)故障進行診斷與排除。

2)能對其他車型的同類故障進行診斷與排除。任務準備1)防護裝備：常規(guī)實訓著裝。2)車輛、臺架、總成：比亞迪（

秦）EV電動汽車整車或比亞迪（

秦）EV電動汽車整車解剖平臺。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修3)專用工具、設備：高壓防護工具套裝。4)輔助材料：對應車型比亞迪（秦）EV電動汽車線路圖及維修手冊。知識準備故障現(xiàn)象1：驅(qū)動電機控制器模塊電源故障1.原理簡介及系統(tǒng)影響如圖2-46所示為驅(qū)動電機控制器電源電路原理圖，從中可以看出，驅(qū)動電機控制器供電電源有兩路，均通過IG3繼電器的輸出、由熔絲F1/34(10A)至驅(qū)動電機控制器的端子B30A/10和B30A/11,給驅(qū)動電機控制器提供點火開關(guān)（信號）電源以及功率電源。

圖2-46驅(qū)動電機控制器電源電路原理圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修如果驅(qū)動電機控制器的IG電源線路存在故障，造成驅(qū)動電機控制器無法啟動及進行信

息傳輸，VCU無法正常與驅(qū)動電機控制器進行通信，VCU無法獲知驅(qū)動電機控制器的狀態(tài)信息，驅(qū)動電機控制器無法接收VCU的整車控制模式信息，從而導致VCU啟動整車保護功能，導致整車高壓系統(tǒng)不能上電。2.故障機理分析如果驅(qū)動電機控制器的IG電源線路存在故障，造成驅(qū)動電機控制器無法啟動運行及信息傳輸，將會使VCU無法正常接收到驅(qū)動電機控制器發(fā)送的系統(tǒng)故障、溫度等狀態(tài)信息，

驅(qū)動電機控制器無法接收VCU發(fā)送的整車控制模式信息（啟動運行），VCU啟動整車保護功能，導致整車高壓系統(tǒng)不上電或下電。故障現(xiàn)象2：驅(qū)動電機位置傳感器信號故障1.原理簡介及系統(tǒng)影響如圖2-47所示為旋變式位置傳感器電路原理圖

，從中可以看出

，傳感器由勵磁繞組、

正弦繞組、余弦繞組三部分構(gòu)成，其中勵磁繞組阻值為38.8(1±10%)Ω,正弦繞組阻值為56.5(1±10%)Ω,余弦繞組阻值為47.4(1±10%)Ω。驅(qū)動電機位置傳感器是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子位置變化而變化的電子元件，驅(qū)動電

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修機控制器根據(jù)該信號精確測量驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，進而確定驅(qū)動電機三相電的初相角，并根據(jù)駕駛需求，對驅(qū)動電機進行控制，如果此信號異常，驅(qū)動電機控制器將無法判斷當前轉(zhuǎn)子的位置，從而無法對功率元件的導通時間進行控制，致使驅(qū)動電機無法運行。2.故障機理分析旋變信號異常，導致驅(qū)動電機控制器無法感知電機轉(zhuǎn)子的位置信息，進而無法控制提供給電機的初相角等相關(guān)驅(qū)動信息，啟動功能保護模式。

圖2-47旋變式位置傳感器電路原理圖

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修任務實施1.教師設置故障參照知識準備“相關(guān)知識”設置相應故障。（配微課和視頻以指導教師設置故障）

案例1故障設置列表

案例2故障設置列表

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修2.教師隨機設置故障，學生分組排除并完成工作頁工單

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修3.故障修復后檢查

，并填寫完工單

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修評價反饋1)小組討論。2)各小組互評。3)教師記錄過程并進行評價。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修任務拓展案例1驅(qū)動電機控制器模塊電源故障診斷過程第一步：讀取故障碼連接診斷儀器至OBD—Ⅱ診斷接口，踩制動踏板并保持，打開點火開關(guān)，使用診斷儀器與驅(qū)動電機控制器進行通信，顯示未連接成功；通過使用診斷儀器與VCU連接，從VCU內(nèi)讀取到的故障碼見表2-2。

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修第二步：DTC分析診斷儀器和驅(qū)動電機控制器無法通信，但和VCU通信正常，且讀取到“與前驅(qū)動電機控制器通信故障”的故障碼，說明驅(qū)動電機控制器沒有通信，可能原因為以下的一項或多項：1)驅(qū)動電機控制器的IG供電線路（開路、虛接、短路）

故障。2)驅(qū)動電機控制器的動力CAN-H總線（開路、虛接、短路）故障。

3)驅(qū)動電機控制器的動力CAN-L總線（開路、虛接、短路）

故障。

4)驅(qū)動電機控制器自身故障。

說明：根據(jù)以上羅列的故障原因，此處只對電源線路進行測試，CAN總線線路的診斷與測試參考本章所對應的相關(guān)內(nèi)容。第三步：測量驅(qū)動電機控制器端CAN-H、CAN-L信號對地波形具體測試方法見前文。

表2-2從VCU內(nèi)讀取到的故障碼

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修第四步：

電源檢查1)測量驅(qū)動電機控制器的IG供電電壓，見表2-3。2)測量熔絲F1/34兩端對地電壓，見表2-4。

表2-3驅(qū)動電機控制器的IG供電電壓測試

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修３）測量驅(qū)動電機控制器接地端對地電壓，見表２-５。

表2-4熔絲F1/34兩端對地電壓測試

表2-5驅(qū)動電機控制器的端子B30A/1、B30A/6、B30A/8對地電壓測試

項目2電機控制系統(tǒng)認知與檢修４）測量驅(qū)動電機控制器電源線路對地電阻測試，見表2-６。

表2-6端子B30A/10、B30A