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純電動汽車的電機驅動系統

文章作者頭像
發布:liuxianglong 來源: 驅動視界
PostTime:19-2-2020 09:35
驅動電機系統是電動汽車三大核心系統之一,是車輛行駛的主要驅動系統,其特性決定了車輛的主要性能指標,直接影響車輛動力性、經濟性和用戶駕乘感受。

以下為文章全文:(本站微信公共賬號:cartech8)


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驅動電機系統是電動汽車三大核心系統之一,是車輛行駛的主要驅動系統,其特性決定了車輛的主要性能指標,直接影響車輛動力性、經濟性和用戶駕乘感受。

由電動機、固定速比減速器和差速器等構成的電動機中央驅動系統,這種驅動系統中,由于沒有離合器和變速器,因此可以減少機械傳動裝置的體積和質量;它與前輪驅動橫向布置發動機的燃油汽車的結構形式相似,將電動機、固定速比減速器和差速器集成一體,兩根半軸連接兩個驅動車輪,這種布置形式在小型電動汽車上應用最為普遍。

本文將以北汽新能源EV200車型所采用的驅動電機系統為例來介紹相關技術。

驅動電機系統由驅動電機、驅動電機控制器(MCU)構成,通過高低壓線束、冷卻管路與整車其他系統連接,如圖1所示。

整車控制器(VCU)根據加速踏板、制動踏板、擋位等信號通過CAN網絡向電機控制器MCU發送指令,實時調節驅動電機的扭矩輸出,以實現整車的怠速、加速、能量回收等功能。

MCU(E machine and inverter )-Motor Control Unit

MCU主要集成兩部分一部分是電機,和逆變器,他主要作用根據油門踏板和制動踏板的輸入,去控制電機的動力輸出以及能力制動回收。

VCU-Vehicle Control Unit

VCU可以看成是電動汽車的大腦,通過接收VCU的車輛行駛控制指令,控制電動機輸出指定的扭矩和轉速,驅動車輛行駛。實現把動力電池的直流電能轉換為所需的高壓交流電、并驅動電機本體輸出機械能。同時,MCU具有電機系統故障診斷保護和存儲功能。

他需要處理整車的各種的輸入,去完成整車控制,他既包括電動汽車高壓設備的信息集成,也包括傳統汽車模塊例如BCM( 車身控制模塊主要控制車門,玻璃升降等等)。例如下圖完整展示汽車某種車輛的電器架構,從而可知VCU集成整車所有控制單元,從而實現整車一體實現汽車使用者的期望。

類型

基速

1228r/min

轉速范圍

0~9000r/min

功率

30kW

功率

53kW

額定扭矩

102N。m

值扭矩

180N.m(相當2.0排量的)

重量

45kg

▲表1 驅動電機技術參數

電機控制器能對自身溫度、電機的運行溫度、轉子位置進行實時監測,并把相關信息傳遞給整車控制器VCU,進而調節水泵和冷卻風扇工作,使電機保持在理想溫度下工作。

技術

336V

作電范圍

265~410V

電源

12V

電源范圍

9~16V(有控制器電路控制)

稱容

85kVA

重量

9kg

▲表2 驅動電機控制器技術參數

驅動電機技術指標參數,如表1所示,驅動電機控制器技術參數如表2所示。

驅動電機

永磁同步電機是一種典型的驅動電機(圖2),具有效率 高、體積小、可靠性高等優點,是動力系統的執行機構,是電能轉化為機械能載體。

永磁同步電機是由永磁體勵磁產生同步旋轉磁場的同步電機,永磁體作為轉子產生旋轉磁場,三相定子繞組在旋轉磁場作用下通過電樞反應,感應三相對稱電流。

此時轉子動能轉化為電能,永磁同步電機作發電機(generator)用;此外,當定子側通入三相對稱電流,由于三相定子在空間位置上相差120,所以三相定子電流在空間中產生旋轉磁場,轉子旋轉磁場中受到電磁力作用運動,此時電能轉化為動能,永磁同步電機作電動機(motor)用。

它依靠內置旋轉變壓器、溫度傳感器(圖3)來提供電機的工作狀態信息,并將電機運行狀態信息實時發送給MCU。

旋轉變壓器檢測電機轉子位置,經過電機控制器內旋變解碼器解碼后,電機控制器可獲知電機當前轉子位置,從而控制 相應的IGBT功率管導通,按順序給定子三個線圈通電,驅動電機旋轉。

控溫是永磁同步牽引電機使用上的瓶頸。大多數永磁電機的轉子部分主要由永磁體、轉子鐵芯、轉子壓圈、散熱筋組成,不含線圈;定子部分主要有定子繞組、定子鐵芯,不含永磁體。目前,極少有對運行中的永磁同步電動機內轉子溫度測量的設備。

溫度傳感器的作用是檢測電機繞組溫度,并提信息供給MCU,再由MCU通過CAN線傳給VCU,進而控制水泵工作、水路循環、冷卻電子扇工作,調節電機工作溫度。

驅動電機上有一個低壓接口和三根高壓線(V、U、W)接口,如圖4所示。

其中低壓接口各端子定義如表3所示,電機控制器也正是通過低壓端口獲取的電機溫度信息和電機轉子當前位置信息。

器型號

編號

名稱

說明

Amphenol

RTOW0141PN03

A

R1

旋轉

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)

低壓互 

M

HVIL2(+L2)

▲表3 驅動電機低壓接口定義

1。 2 驅動電機控制器

電機控制器,作為電動汽車的核心部件之一,是汽車動力性能的決定性因素。它從整車控制器獲得整車的需求,從動力電池包獲得電能,經過自身逆變器的調制,獲得控制電機需要的電流和電壓,提供給電動機,使得電機的轉速和轉矩滿足整車的要求。

驅動電機控制器MCU結構如圖5所示,它內部采用三相兩電平電壓源型逆變器,是驅動電機系統的控制核心,稱為智能功率模塊,它以IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)為核心,輔以驅動集成電路、主控集成電路。

MCU對所有的輸入信號進行處理,并將驅動電機控制系統運行狀態信息通過CAN2.0網絡發送給整車控制器VCU。

驅動電機控制器內含故障診斷電路,當電機出現異常時,達到一定條件后,它將會激活一個錯誤代碼并發送給VCU整車控制器,同時也會儲存該故障碼和相關數據。

驅動電機控制器主要依靠電流傳感器(圖6)、電壓傳感器、溫度傳感器來進行電機運行狀態的監測,根據相應參數進 行電壓、電流的調整控制以及其它控制功能的完成。

  • 電流傳感器用于檢測電機工作實際電流,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控制器工作的實際電壓,包括動力電池電壓、12V蓄電池電壓。
  • 溫度傳感器用于檢測電機控制系統的工作溫度,包括IGBT模塊的溫度。

驅動電機控制器上分為低壓接口和高壓接口(圖7),低壓接口端子定義如表4所示。

器型號

編號

名稱

說明

AMP

12

R1

旋轉

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

31

CAN_L

30

CAN_PB

29

CAN_SHIELD

10

TH

感器

9

TL

28

8

485+

RS485

7

485-

15

HVIL1(+L1)

低壓互 

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