電機(jī)控制器新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)目錄驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳感器冷卻系統(tǒng)故障分析電機(jī)控制器一、電機(jī)控制器功能及結(jié)構(gòu)（一）電機(jī)控制器功能一、電機(jī)控制器組成及功能（一）電機(jī)控制器功能功能256314制動(dòng)能量回饋控制。自身內(nèi)部故障的檢測和處理。采集加速踏板位置傳感器和制動(dòng)踏板位置傳感器信號。控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向、反向驅(qū)動(dòng)或發(fā)電。控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力輸出,同時(shí)對驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。通過CAN總線與其他控制模塊通信,接收并發(fā)送相關(guān)的信號,間接控制車上相關(guān)系統(tǒng)正常運(yùn)行。142536比亞迪e5高壓電控總成內(nèi)的電機(jī)控制器模塊主要由控制主板、逆變器(IGBT模塊)、超級電容器等部件組成,如圖所示電機(jī)控制器為電壓型逆變器,大容量薄膜電容用于快速吸收回饋制動(dòng)能量,也可作為大功率放電下的輔助動(dòng)力源;IGBT模塊則是新能源汽車的技術(shù)核心,它通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)的方式控制IGBT開關(guān),在驅(qū)動(dòng)行駛時(shí)將高壓直流電轉(zhuǎn)換為交流電給驅(qū)動(dòng)電機(jī),或者在減速制動(dòng)時(shí)進(jìn)行能量回收,將交流電轉(zhuǎn)化為高壓直流電給動(dòng)力蓄電池補(bǔ)充充電;控制主板主要是根據(jù)不同工況,控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速等。（二）電機(jī)控制結(jié)構(gòu)一、電機(jī)控制器功能及結(jié)構(gòu)二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（一）IGBT絕緣柵雙極型晶體管電力晶體管（GTR）屬于雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，其優(yōu)點(diǎn)是通流能力很強(qiáng)，但不足之處是開關(guān)速度相對低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，而MOSFET是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，其優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)速度快，輸入阻抗高，所需驅(qū)動(dòng)功率小，而且驅(qū)動(dòng)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，通常稱為Bi-MOS器件，即絕緣柵雙極型晶體管（Insulate-GateBipolarTransistor，IGBT）。它綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，因而具有低導(dǎo)通壓降和高輸入阻抗的綜合優(yōu)點(diǎn)。它自投入市場以來，應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)已成為中、大功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。當(dāng)前IGBT即應(yīng)用水平已達(dá)到：2500～6500V，600～2500A。二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（一）IGBT超級電容器(Supercapacitors),又名電化學(xué)電容器,是一種新型的儲(chǔ)能裝置。它是一種介于傳統(tǒng)電容與蓄電池之間、具有特殊性能的電源,主要依靠雙電層和氧化還原電容電荷儲(chǔ)存電能,因而不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源。超級電容器的突出優(yōu)點(diǎn)是功率密度高、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬。在需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)起動(dòng)時(shí),超級電容器能夠把儲(chǔ)存的能量釋放出來供給電路使用,并在接通高壓電路時(shí)吸收電源的電量,保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓的穩(wěn)定。斷開高壓電路時(shí)通過電阻給超級電容器放電,放電電阻通常和超級電容器并聯(lián),電源波動(dòng)時(shí),超級電容器會(huì)隨之充放電以吸收電源波動(dòng),穩(wěn)定電壓。二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（二）超級電容與放電電阻超級電容可以取代蓄電池嗎？二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（三）控制主板與接口電路控制主板A主要與整車控制器通信,監(jiān)測直流母線的電流,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,并把情況反饋給整車控制器,對IGBT模塊的溫度信號、旋變傳感器信號進(jìn)行分析處理,適時(shí)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。是指主電路與控制電路之間的接口所連接的電路。基本功能是將控制電路發(fā)出的開關(guān)信號轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合IGBT驅(qū)動(dòng)的信號,對IGBT的開關(guān)器件進(jìn)行控制。整個(gè)裝置的一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中,或通過驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)。接口電路B二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（四）接觸器DC/DC轉(zhuǎn)換電路將動(dòng)力蓄電池組高壓直流電與低壓直流電進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換,將動(dòng)力蓄電池的高壓電轉(zhuǎn)換成低壓電;其在主接觸器吸合時(shí)工作,輸出的低壓電源供給整車用電器工作,并且可給輔助蓄電池充電。二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（三）DC/DC變換電路DC/DC轉(zhuǎn)換方式直流電源轉(zhuǎn)換電路降壓斬波電路電路采用IGBT直接進(jìn)行直流電壓降壓轉(zhuǎn)變。DC/AC/DC的方法使用變壓器進(jìn)行轉(zhuǎn)換ton為VT處于導(dǎo)通的時(shí)間,toff為VT處于斷態(tài)的時(shí)間,T為開關(guān)周期,α為導(dǎo)通占空比,簡稱占空比或?qū)ū?α=ton/T)。由此可知,輸出到負(fù)載的電壓平均值Uo最大為Ui,若減小占空比α,則Uo隨之減小,由于輸出電壓低于輸入電壓,故稱該電路為降壓斬波電路二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（四）DC/DC變換電路DC/AC/DC變換電路當(dāng)ECU控制IGBT2和IGBT3導(dǎo)通時(shí),動(dòng)力蓄電池電流從正極流經(jīng)IGBT2到達(dá)變壓器一次繞組上端,向下流過一次繞組下端,再經(jīng)IGBT3到動(dòng)力蓄電池負(fù)極,如圖所示。ECU控制IGBT的導(dǎo)通和截止,把高壓動(dòng)力蓄電池組的直流電逆變成高壓、高頻交流電,然后通過變壓器把這高壓、高頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪骸⒏哳l的交流電,最后通過二極管整流濾波變成14V直流電。二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（四）DC/DC變換電路當(dāng)ECU控制IGBT1和IGBT4導(dǎo)通時(shí),動(dòng)力蓄電池從正極流經(jīng)IGBT1到達(dá)變壓器一次繞組下端,向上流過一次繞組上端,經(jīng)IGBT4到動(dòng)力蓄電池負(fù)極,如圖3-2-8所示DC/AC/DC變換電路二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（四）DC/DC變換電路DC/AC/DC變換電路二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（五）AC/DC變換電路-整流電路二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（六）DC/AC變換電路-逆變器主要包括整流器、逆變器、中間直流環(huán)節(jié)和控制電路等。010203040506

狀態(tài)監(jiān)測一般監(jiān)測的狀態(tài)變量至少包括變頻器電機(jī)系統(tǒng)里幾個(gè)關(guān)鍵的參數(shù),如電流(直流母線電流、電機(jī)相電流)、電壓(直流母線電壓)。最基本功能包括所有和電機(jī)運(yùn)行有關(guān)的功能,如起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速、轉(zhuǎn)向控制等。

故障處理和保護(hù)如果監(jiān)測到系統(tǒng)發(fā)生故障,就需要加以判斷并進(jìn)行相應(yīng)的處理。一般而言,需要區(qū)分和響應(yīng)的故障至少包括過電流、過電壓等。

運(yùn)行速度控制采用PWM控制改變逆變器輸出的三相交流電的電壓和頻率就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而對汽車進(jìn)行調(diào)速。運(yùn)行方向控制通過改變逆變器中IGBT的導(dǎo)通順序就可以改變輸出三相交流電的相序,即改變?nèi)喈惒诫姍C(jī)定子三相繞組所接交流電的相序,三相異步電機(jī)反轉(zhuǎn),從而改變汽車的運(yùn)行方向。驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)控制通過改變逆變器輸出三相交流電的頻率,改變?nèi)喈惒诫姍C(jī)的轉(zhuǎn)差率的正負(fù),控制三相異步電機(jī)是處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)還是發(fā)電機(jī)狀態(tài),從而控制汽車的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)。自動(dòng)控制提供一些端子接口,通過這些接口,可以由其他設(shè)備(如PLC)來監(jiān)測和控制系統(tǒng)的運(yùn)行,甚至可以通過接口提供外部的閉環(huán)控制.人工控制提供一套人機(jī)界面系統(tǒng),操作者可以通過其監(jiān)測和控制系統(tǒng)的運(yùn)行,包括設(shè)置一些運(yùn)行參數(shù)等。功

能S1~S4為橋式電路的4個(gè)臂,他們是由電器元件及其相關(guān)電路組成,當(dāng)S1、S4斷開,S2、S3閉合時(shí),負(fù)載電壓uo為正;當(dāng)開關(guān)S1、S4閉合,S2、S3斷開時(shí),負(fù)載電壓uo為負(fù)。通過這個(gè)方法,就可以把直流電轉(zhuǎn)變成交流電,其波形如圖3-2-10所示。只要改變兩組開關(guān)相應(yīng)的切換頻率,就可以改變交流電的輸出頻率,這就是逆變器的工作原理。二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（六）DC/AC變換電路-逆變器DC/AC電路控制過程以比亞迪e5電動(dòng)汽車為例簡述DC/AC電路控制過程,電機(jī)控制器通過控制DC/AC逆變模塊中的IGBT(絕緣柵雙極晶體管)的導(dǎo)通與截止將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟．?dāng)電機(jī)控制器控制電路中的IGBT2和IGBT4導(dǎo)通時(shí),動(dòng)力蓄電池電流從動(dòng)力蓄電池正極流經(jīng)IGBT2到驅(qū)動(dòng)電機(jī),電流從驅(qū)動(dòng)電機(jī)的V相繞組流進(jìn),U相繞組流出,再通過IGBT4回到動(dòng)力蓄電池負(fù)極,形成回路。而驅(qū)動(dòng)電機(jī)中V相和U相通電后產(chǎn)生磁場,如圖3-2-12所示。二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（六）DC/AC變換電路當(dāng)電機(jī)控制器控制電路中的IGBT3和IGBT5導(dǎo)通時(shí),動(dòng)力蓄電池電流從動(dòng)力蓄電池正極流經(jīng)IGBT3到驅(qū)動(dòng)電機(jī),電流從驅(qū)動(dòng)電機(jī)的W相繞組流進(jìn),V相繞組流出,再通過IGBT5回到動(dòng)力蓄電池負(fù)極,形成回路。而驅(qū)動(dòng)電機(jī)中W相和V相通電后產(chǎn)生磁場,如圖3-2-13所示。二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（六）DC/AC變換電路當(dāng)電機(jī)控制器控制電路中的IGBT1和IGBT6導(dǎo)通時(shí),動(dòng)力蓄電池電流從動(dòng)力蓄電池正極流經(jīng)IGBT1到驅(qū)動(dòng)電機(jī),電流從驅(qū)動(dòng)電機(jī)的U相繞組流進(jìn),W相繞組流出,再通過IGBT6回到動(dòng)力蓄電池負(fù)極,形成回路。而驅(qū)動(dòng)電機(jī)中U相和W相通電后產(chǎn)生磁場,如圖3-2-14所示。電機(jī)控制器如此反復(fù)依次控制6個(gè)IGBT成對開啟,這樣在電路中形成一個(gè)相位互差120°的矩形方波交流電壓,并且在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的三相繞組上產(chǎn)生連續(xù)的旋轉(zhuǎn)磁場,使驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),并且電機(jī)控制器還可以通過改變IGBT開閉的頻率,調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（六）DC/AC變換電路

再生制動(dòng)電路新能源汽車的再生制動(dòng)也叫制動(dòng)能量回收,是利用車輛制動(dòng)時(shí),讓旋轉(zhuǎn)的車輪帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn),使驅(qū)動(dòng)電機(jī)處在發(fā)電狀態(tài),并將產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存到動(dòng)力蓄電池組中,從而延長新能源汽車的續(xù)駛里程。

有資料表明,在較為頻繁制動(dòng)或者起停的城市工況運(yùn)行條件下,有效回收制動(dòng)能量,可以使城市工況下新能源汽車的行駛距離延長10%~30%新能源汽車制動(dòng)模式新能源汽車的制動(dòng)模式大致分為3類。二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（七）再生制動(dòng)電路緊急制動(dòng)緊急制動(dòng)對應(yīng)于制動(dòng)加速度大于2m/s2的過程為保持車輛的制動(dòng)安全,要盡可能地使用傳統(tǒng)液壓制動(dòng),而驅(qū)動(dòng)電機(jī)則較少參與或者不參與制動(dòng)。在緊急制動(dòng)時(shí),根據(jù)初始速度不一樣,由車上機(jī)械制動(dòng)與ABS共同起作用提供相應(yīng)的機(jī)械制動(dòng)力。正常制動(dòng)車輛在正常工況下的制動(dòng)過程,一般有減速過程和停止過程。驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)負(fù)責(zé)減速過程,停止過程由液壓制動(dòng)完成。兩種制動(dòng)方式的轉(zhuǎn)化點(diǎn)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電特性確定。長時(shí)間下坡時(shí)的減速制動(dòng)車輛行駛在類似盤山公路的長坡時(shí),對制動(dòng)力要求不是很大,可以完全由驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)提供。123二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（七）再生制動(dòng)電路新能源汽車的再生制動(dòng)工作原理如圖所示,當(dāng)車輛需要減速時(shí),通過控制系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)輪反拖驅(qū)動(dòng)電機(jī),驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)工作狀態(tài),產(chǎn)生反向電流,同時(shí)產(chǎn)生作用于驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)力矩,可通過動(dòng)力蓄電池將制動(dòng)產(chǎn)生的電能回收。新能源汽車上的總制動(dòng)力矩是再生制動(dòng)力矩與液壓制動(dòng)力矩之和。它們之間的分配比例關(guān)系如圖3-2-16所示,目的是保持最大再生制動(dòng)力矩的同時(shí)為駕駛?cè)颂峁┖腿加蛙囅嗤闹苿?dòng)感。當(dāng)制動(dòng)踏板力較小時(shí),只有再生制動(dòng)力矩施加在驅(qū)動(dòng)輪上,才能和制動(dòng)踏板力成正比。而非驅(qū)動(dòng)輪上的制動(dòng)力由液壓制動(dòng)提供,液壓制動(dòng)力也和制動(dòng)踏板力成正比。當(dāng)制動(dòng)踏板力超過一定值時(shí),最大再生制動(dòng)力矩全部加在驅(qū)動(dòng)輪上,同時(shí)液壓制動(dòng)力矩也作用在驅(qū)動(dòng)輪上以得到所需的制動(dòng)力矩。因而最大再生制動(dòng)力矩可以保持不變,以便能夠完全回收車輛的動(dòng)能。若制動(dòng)系統(tǒng)因制動(dòng)造成的管路壓力越高(或制動(dòng)踏板踏下深度越深),表示經(jīng)駕駛?cè)伺袛嘈枰目傊苿?dòng)力矩越大,非驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)力矩不斷增加,驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)力矩也在增加。但摩擦力矩增加得多,再生制動(dòng)力矩不增加,甚至還可能減小,這就要求再生制動(dòng)和ABS要協(xié)調(diào)工作。二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（七）再生制動(dòng)電路二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（七）再生制動(dòng)電路2)當(dāng)ABS進(jìn)行制動(dòng)力調(diào)節(jié)時(shí),制動(dòng)能量回收不應(yīng)該工作。3)當(dāng)ABS報(bào)警時(shí),制動(dòng)能量回收不應(yīng)該工作。4)當(dāng)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有故障時(shí),制動(dòng)能量回收不應(yīng)該工作。1)能量回收制動(dòng)不應(yīng)該干預(yù)ABS的工作。能量回收與制動(dòng)之間必須遵循以下關(guān)系5)當(dāng)車輛進(jìn)入再生制動(dòng)階段,驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài),6個(gè)IGBT全部關(guān)閉。再生制動(dòng)電路分析1)當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)U相位正極回收的電能經(jīng)過VD1回到高壓動(dòng)力蓄電池組正極;高壓動(dòng)力蓄電池組負(fù)極出來的電流經(jīng)VD6回到驅(qū)動(dòng)電機(jī)W相位負(fù)極,如圖3-2-17所示二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（七）再生制動(dòng)電路2)當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)V相位正極回收的電能經(jīng)過VD2回到高壓動(dòng)力蓄電池組正極:高壓動(dòng)力蓄電池組負(fù)極出來的電流經(jīng)過VD4回到驅(qū)動(dòng)電機(jī)U相位負(fù)極,如圖3-2-18所二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（七）再生制動(dòng)電路3)當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)W相位正極回收的電能經(jīng)過VD3回到高壓動(dòng)力蓄電池組正極,高壓動(dòng)力蓄電池組負(fù)極出來的電流經(jīng)過VD5回到驅(qū)動(dòng)電機(jī)V相位負(fù)極,如圖3-2-19所示。在整個(gè)整流過程中,VD1、VD3、VD5中正極電位最高者導(dǎo)通,VD2、VD4、VD6中負(fù)極電位最低者導(dǎo)通,依次循環(huán),在高壓動(dòng)力蓄電池組兩端得到較為平穩(wěn)的脈沖直流電壓。二、電機(jī)控制器內(nèi)部電子器件與電路（七）再生制動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)時(shí)逆變器將動(dòng)力蓄電池提供的直流電逆變?yōu)殡妷侯l率可調(diào)的三相交流電,供驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用,驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行。制動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行,將車輛行駛動(dòng)能變?yōu)殡娔墚a(chǎn)生三相交流電,經(jīng)逆變器變?yōu)橹绷麟姺答伝貏?dòng)力蓄電池,進(jìn)行再生制動(dòng)。三、典型的電機(jī)控制器（一）比亞迪e5比亞迪e5高壓電控總成外部主要由動(dòng)力蓄電池組母線、各種低壓信號插接件、各種高壓輸出插接件、直流輸出插接件等組成,各端口功能表3-2-1。—特點(diǎn)1)將電機(jī)控制器、車載充電機(jī)、D