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纯电动汽车的电机驱动系统

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发布:liuxianglong 来源: 驱动视界
PostTime:19-2-2020 09:35
驱动电机系统是电动汽车三大核心系统之一,是车辆行驶的主要驱动系统,其特性决定了车辆的主要性能指标,直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。

以下为文章全文:(本站微信公共账号:cartech8)


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驱动电机系统是电动汽车三大核心系统之一,是车辆行驶的主要驱动系统,其特性决定了车辆的主要性能指标,直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。

由电动机、固定速比减速器和差速器等构成的电动机中央驱动系统,这种驱动系统中,由于没有离合器和变速器,因此可以减少机械传动装置的体积和质量;它与前轮驱动横向布置发动机的燃油汽车的结构形式相似,将电动机、固定速比减速器和差速器集成一体,两根半轴连接两个驱动车轮,这种布置形式在小型电动汽车上应用最为普遍。

本文将以北汽新能源EV200车型所采用的驱动电机系统为例来介绍相关技术。

驱动电机系统由驱动电机、驱动电机控制器(MCU)构成,通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统连接,如图1所示。

整车控制器(VCU)根据加速踏板、制动踏板、挡位等信号通过CAN网络向电机控制器MCU发送指令,实时调节驱动电机的扭矩输出,以实现整车的怠速、加速、能量回收等功能。

MCU(E machine and inverter )-Motor Control Unit

MCU主要集成两部分一部分是电机,和逆变器,他主要作用根据油门踏板和制动踏板的输入,去控制电机的动力输出以及能力制动回收。

VCU-Vehicle Control Unit

VCU可以看成是电动汽车的大脑,通过接收VCU的车辆行驶控制指令,控制电动机输出指定的扭矩和转速,驱动车辆行驶。实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。同时,MCU具有电机系统故障诊断保护和存储功能。

他需要处理整车的各种的输入,去完成整车控制,他既包括电动汽车高压设备的信息集成,也包括传统汽车模块例如BCM( 车身控制模块主要控制车门,玻璃升降等等)。例如下图完整展示汽车某种车辆的电器架构,从而可知VCU集成整车所有控制单元,从而实现整车一体实现汽车使用者的期望。

类型

基速

1228r/min

转速范围

0~9000r/min

功率

30kW

功率

53kW

额定扭矩

102N.m

值扭矩

180N.m(相当2.0排量的)

重量

45kg

▲表1 驱动电机技术参数

电机控制器能对自身温度、电机的运行温度、转子位置进行实时监测,并把相关信息传递给整车控制器VCU,进而调节水泵和冷却风扇工作,使电机保持在理想温度下工作。

技术

336V

作电范围

265~410V

电源

12V

电源范围

9~16V(有控制器电路控制)

称容

85kVA

重量

9kg

▲表2 驱动电机控制器技术参数

驱动电机技术指标参数,如表1所示,驱动电机控制器技术参数如表2所示。

驱动电机

永磁同步电机是一种典型的驱动电机(图2),具有效率 高、体积小、可靠性高等优点,是动力系统的执行机构,是电能转化为机械能载体。

永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机,永磁体作为转子产生旋转磁场,三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应,感应三相对称电流。

此时转子动能转化为电能,永磁同步电机作发电机(generator)用;此外,当定子侧通入三相对称电流,由于三相定子在空间位置上相差120,所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场,转子旋转磁场中受到电磁力作用运动,此时电能转化为动能,永磁同步电机作电动机(motor)用。

它依靠内置旋转变压器、温度传感器(图3)来提供电机的工作状态信息,并将电机运行状态信息实时发送给MCU。

旋转变压器检测电机转子位置,经过电机控制器内旋变解码器解码后,电机控制器可获知电机当前转子位置,从而控制 相应的IGBT功率管导通,按顺序给定子三个线圈通电,驱动电机旋转。

控温是永磁同步牵引电机使用上的瓶颈。大多数永磁电机的转子部分主要由永磁体、转子铁芯、转子压圈、散热筋组成,不含线圈;定子部分主要有定子绕组、定子铁芯,不含永磁体。目前,极少有对运行中的永磁同步电动机内转子温度测量的设备。

温度传感器的作用是检测电机绕组温度,并提信息供给MCU,再由MCU通过CAN线传给VCU,进而控制水泵工作、水路循环、冷却电子扇工作,调节电机工作温度。

驱动电机上有一个低压接口和三根高压线(V、U、W)接口,如图4所示。

其中低压接口各端子定义如表3所示,电机控制器也正是通过低压端口获取的电机温度信息和电机转子当前位置信息。

器型号

编号

名称

说明

Amphenol

RTOW0141PN03

A

R1

旋转

B

R2

C

余弦S1

D

余弦S3

E

正弦S2

F

正弦S4

G

TH0

H

TL0

L

HVIL1(+L1)

低压互 

M

HVIL2(+L2)

▲表3 驱动电机低压接口定义

1. 2 驱动电机控制器

电机控制器,作为电动汽车的核心部件之一,是汽车动力性能的决定性因素。它从整车控制器获得整车的需求,从动力电池包获得电能,经过自身逆变器的调制,获得控制电机需要的电流和电压,提供给电动机,使得电机的转速和转矩满足整车的要求。

驱动电机控制器MCU结构如图5所示,它内部采用三相两电平电压源型逆变器,是驱动电机系统的控制核心,称为智能功率模块,它以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)为核心,辅以驱动集成电路、主控集成电路。

MCU对所有的输入信号进行处理,并将驱动电机控制系统运行状态信息通过CAN2.0网络发送给整车控制器VCU。

驱动电机控制器内含故障诊断电路,当电机出现异常时,达到一定条件后,它将会激活一个错误代码并发送给VCU整车控制器,同时也会储存该故障码和相关数据。

驱动电机控制器主要依靠电流传感器(图6)、电压传感器、温度传感器来进行电机运行状态的监测,根据相应参数进 行电压、电流的调整控制以及其它控制功能的完成。

  • 电流传感器用于检测电机工作实际电流,包括母线电流、三相交流电流。
  • 电压传感器用于检测供给电机控制器工作的实际电压,包括动力电池电压、12V蓄电池电压。
  • 温度传感器用于检测电机控制系统的工作温度,包括IGBT模块的温度。

驱动电机控制器上分为低压接口和高压接口(图7),低压接口端子定义如表4所示。

器型号

编号

名称

说明

AMP

12

R1

旋转

35pin

11

R2

35

余弦S1

34

余弦S3

-1

23

正弦S2

22

正弦S4

33

24

12V_GND

1

12V+

32

CAN_H

CAN线

31

CAN_L

30

CAN_PB

29

CAN_SHIELD

10

TH

感器

9

TL

28

8

485+

RS485线

7

485-

15

HVIL1(+L1)

低压互 

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