1、劉威 陳榮梅 宮英偉 胡海玲編機械工業(yè)出版社 電動汽車構造、原理、與檢修劉威 陳榮梅 宮英偉 胡海玲編機械工業(yè)出版社 1電動汽車維修安全操作2電動汽車整車控制系統(tǒng)結構原理與檢修3 電動汽車動力電池系統(tǒng)結構原理與檢修4電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修5充電系統(tǒng)檢修6輔助系統(tǒng)檢修目錄CATALOGUE1電動汽車維修安全操作2電動汽車整車控制系統(tǒng)結構原理與檢修3任務 1 更換驅動電機系統(tǒng)部件項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件【學習目標】1.了解驅動電機系統(tǒng)的功能。2.了解不同種類的電機的特點和性能。3.了解驅動電機系統(tǒng)的工作模式。4.掌握永磁同步電機和交流異步電機的結構及工作

2、原理。5.掌握電機控制器的結構及工作原理。6.了解旋轉變壓器的結構和工作原理。客戶委托: 更換驅動電機。任務 2 檢修動力蓄電池任務 1 更換驅動電機系統(tǒng)部件項目四 電動汽車電機及控制客戶委托: 更換驅動電機。【任務描述】一輛 E150EV 車輛行駛 5000km 以后, 會出現(xiàn)類似底盤零部件松動的聲音, 從前機艙內部下方傳出, 車輛低速滑行過減速帶時比較明顯, 低速時加速和減速時也會頻繁出現(xiàn)。 拆下電機后檢查磨損情況, 發(fā)現(xiàn)減速器花鍵和驅動電機輸出軸花鍵磨損嚴重。 作為一名電動汽車的維修技師, 請你為客戶的車輛更換驅動電機總成。知識準備：驅動電機系統(tǒng)是新能源汽車車輛行駛的主要執(zhí)行結構, 驅動

3、電機及其控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件 (電池、 電機、 電控) 之一, 其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標, 它是電動汽車的重要部件。電機是應用電磁感應原理運行的旋轉的電磁機械, 用于實現(xiàn)電能向機械能的轉換。 運行時, 驅動電機從電系統(tǒng)吸收電功率, 向機械系統(tǒng)輸出機械功率。 驅動電機系統(tǒng)還要有能量回收功能。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件一、電動汽車驅動電機的種類及特點1. 驅動電機的要求項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制

4、系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件目前汽車專用驅動系統(tǒng)主要有 3 種類型的電機系統(tǒng), 即直流電機驅動系統(tǒng)、 永磁同步電機驅動系統(tǒng)、 交流感應電機驅動系統(tǒng)。 3 種電機系統(tǒng)的特點對照項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件2. 電動機的類型及特點無刷直流電動機異步電動機永磁同步電動機開關磁阻電動機輪轂電機項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件永磁同步電動機的外觀

5、及特點如圖 所示, 永磁同步電動機的內部結構如圖所示。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件有些混合動力車型的電動機集成在發(fā)動機和變速器之間。 這種技術結構的混動系統(tǒng)大多數(shù)使用永磁同步電動機,下圖為奧迪混動系統(tǒng)永磁同步電動機的結構。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件二、驅動電機系統(tǒng)工作模式驅動電機系統(tǒng)由驅動電機 (PMMS)、 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(tǒng)連接。 驅動電機系統(tǒng)結構如圖所示。項目四 電動汽車電機及控制

6、系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件1.D 位加速行車2.R 位倒車3. 制動時能量回收4.E 檔行駛項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件三、驅動電機系統(tǒng)工作條件驅動電機系統(tǒng)正常工作要滿足的條件如下:1) 高壓電源輸入正常 (絕緣性能大于 20M)。2) 低壓 12V 電源供電正常 (電壓范圍 916V)。3) 與整車控制器通信正常。4) 電容器放電正常。5) 旋變傳感器信號正常。6) 三相交流輸出電路正常。7) 電機及電機控制器溫度正常。8) 開蓋保持開關信號正常項目四 電動汽車電機

7、及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件四、永磁同步電動機的結構及工作原理1. 永磁同步電動機的分類永磁同步電機可分為交流永磁同步電機 (PMSM)、 直流無刷永磁電機 (BLD-CM) 和新型永磁電機 (混合式永磁電機、 續(xù)流增磁永磁電機) 3 大類, 目前電動汽車主要采用的是前兩類。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件2. 永磁同步電動機的結構交流永磁同步電動機主要由定子 (鋁合金)、 轉子 (永磁)、 前端蓋、 后端蓋和旋變傳感器組成。 下圖為某車型永磁同步電動機結構分解。項目

8、四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件3. 永磁同步電動機的機械特性永磁同步電動機的機特性曲線如所示。 根據(jù)特性曲線可以看出, 永磁同步電動機在低轉速時轉矩最大, 隨著轉速的升高轉矩逐漸降低; 在在低轉速時功率隨轉速增加, 在高轉速時保持恒定的功率。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件五、交流異步電動機的結構及工作原理交流異步電動機的結構交流異步電動機的工作原理交流異步電動機的特性項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更

9、換驅動電機系統(tǒng)部件六、電機的傳感器在電機上安裝的傳感器主要有電機溫度傳感器和測量電機轉速的旋轉變壓器。電機溫度傳感器電機溫度傳感器的作用是檢測電動機定子繞組的溫度, 并提供散熱風扇起動的信號之一。2. 旋轉變壓器旋轉變壓器安裝在驅動電機上, 是一種電磁式傳感器, 又稱同步分解器, 用來測量旋轉物體的轉軸角位移和角速度。 在電動汽車上, 旋轉變壓器是測量驅動電機轉速并將轉速信號傳遞給電機控制器的元件。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件2. 旋轉變壓器旋轉變壓器的工作原理旋轉變壓器的結構項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項

10、目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件(3) 旋轉變壓器的工作原理項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件(2) 旋轉變壓器的工作原理旋轉變壓器的轉動位置與輸出電壓的關系a) 兩繞組相位差為 0時輸出電壓與輸入電壓關系 b) 兩繞組相位差為 90時輸出電壓與輸入電壓關系項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件(2) 旋轉變壓器的結構在電動汽車的電機上應用的旋轉變壓器, 結構上分為繞組和信號齒圈兩個部分。 繞組固定在殼體上, 信號齒圈固定在轉子上

11、。 繞組由勵磁、 正弦、 余弦 3 組線圈組成。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件七、驅動電機的更換當電機損壞時需要更換電機, 更換電機時要按照高壓操作的規(guī)范進行。所示為某車型永磁同步電動機的安裝位置及其相關器件。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件拆卸驅動電機將點火開關鑰匙置于 OFF 檔并關閉所有用電器; 將點火開關鑰匙從點火開關拔下并妥善保管。斷開蓄電池低壓負極電纜。擰開散熱器蓋。將車輛舉升。拆下前機艙擋板。在下方排放冷卻液, 并斷開電機上的進、 出水

12、管路。拔下驅動電機上的低壓線束。用專用工具拆下電機控制器的高壓插頭。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動電機系統(tǒng)部件拆卸驅動電機拆卸車輪。拔下空調壓縮機上的高低壓插件, 在電機上拆下空調壓縮機的固定螺栓, 將空調壓縮機移動到遠離電機位置并固定。拆卸制動鉗總成并固定。使用專用工具將驅動軸從制動盤中拔出。用撬棍將驅動軸從變速器中撬出, 拔出左、 右兩個驅動軸。拆卸固定驅動電機的懸架螺栓。從車輛下方拆下驅動電機和減速器總成。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務任務 1 更換驅動電機系統(tǒng)部件項目三 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 1更換驅動

13、電機系統(tǒng)部件【學習目標】1. 了解電機控制器的工作原理。2. 掌握驅動電機系統(tǒng)的故障診斷方法。3. 掌握旋轉變壓器的故障排除方法。4. 能夠對電機驅動系統(tǒng)的故障進行分析?？蛻粑? 排除驅動電機系統(tǒng)故障。任務 2 檢修動力蓄電池任務 1 更換驅動電機系統(tǒng)部件項目三 電動汽車電機及控制系項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池任務描述一位客戶的車輛在行駛幾千米后偶爾出現(xiàn)掉高壓現(xiàn)象, 動力蓄電池故障指示燈亮, 系統(tǒng)故障燈亮, 車輛無法行駛。 使用故障檢測儀讀出故障碼為 P0518 (電機控制器欠電壓故障), 確定故障在驅動電機系統(tǒng), 請你維修客戶的車輛。一、電機控制器的結構及功

14、能驅動電機控制器是控制動力源與驅動電機之間能量傳輸?shù)难b置, 由控制信號接口電路、 驅動電機控制電路和驅動電路組成。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池電機控制器的主要功能電機控制器安裝在前艙內, 采用 CAN 通信控制, 控制著動力蓄電池到電機之間能量的傳輸, 同時采集電機位置信號和三相電流檢測信號, 精確地控制驅動電機運行。電機控制器能將動力蓄電池中的直流電轉換為交流電以驅動電機, 同時能將車輪旋轉的動能轉換為電能 (交流電轉換為直流電) 給動力蓄電池充電。車輛制動或滑行階段, 電機作為發(fā)電機使用。 它可以完成由車輪旋轉的動能到電

15、能的轉換, 給蓄電池充電。 DC/ DC 變換器集成在電機控制器內部, 其功能是將蓄電池的高壓電轉換成低壓電, 給整車低壓系統(tǒng)供電。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池某車型電機控制器控制框圖項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池電機控制器使用以下傳感器來提供驅動電機系統(tǒng)的工作信息:(1) 電流傳感器 用以檢測電機工作的實際電流 (包括母線電流、 三相交流電流)。(2) 電壓傳感器 用以檢測供給電機控制器工作的實際電壓 (包括動力蓄電池電壓、 12V 蓄電池電壓)。(3)

16、溫度傳感器 用以檢測電機控制系統(tǒng)的工作溫度 (包括 IGBT 模塊溫度、電機控制器板載溫度)。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池2. 電機控制器的結構電機控制器主要由高壓插件、 控制主板、 IGBT 模塊 (驅動)、 超級電容器、 放電電阻、 電流感應器、 殼體水道等組成。 某車型電機控制器的結構如所示。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池將電機控制器的外端蓋打開可以看到內部的電氣元件。 圖 4-28 所示為某電動汽車電機控制器內部的三相輸出和直流高低壓輸入母線。項目四

17、 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池電機控制器內部的超級電容器、 控制主板和接口電路如圖 4-29 所示。 控制主板的功能有與整車控制器通信、 監(jiān)測直流母線電流、 控制 IGBT 模塊、 監(jiān)控高壓線束連接情況 、 反饋 IGBT 模塊溫度、 旋轉變壓器勵磁供電、 旋轉變壓器信號分析等。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池電機控制器內部的IGBT 模塊和電流感應器如圖所示。 IGBT 模塊的功能有監(jiān)測直流母線電壓, 將直流電轉換為交流電及變頻, 監(jiān)測相電流的大小, 監(jiān)測 IGBT

18、模塊溫度, 將交流電整流為直流電。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池電機控制器內部的電容器與直流母線的連接和放電電阻如圖所示。 超級電容器接通高壓電路時給電容器充電, 在電機起動時保持電壓的穩(wěn)定。 放電電阻的作用是斷開高壓電路時, 通過電阻給電容器放電。 若放電電路故障, 則會報放電超時導致高壓斷電故障。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池二、逆變器的工作原理電機控制器作為整個制動系統(tǒng)的控制中心, 它由逆變器和控制器兩部分組成。逆變器接收蓄電池輸送過來的直流電, 逆變成

19、三相交流電給汽車電機提供電源。 逆變器的核心元件是 IGBT 模塊。 某電動汽車 IGBT 模塊外觀如圖所示。1.IGBT 模塊的功能信號反饋給電機控制器控制主板。監(jiān)測直流母線電壓。直流轉換交流及變頻。監(jiān)測相電流的大小。監(jiān)測 IGBT 模塊溫度。三相整流。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池2.IGBT 模塊電路原理某車型的逆變器內部的 IGBT 模塊電路如圖 4-33 所示。 它由 6 個 IGBT (絕緣柵雙極晶體管) 組成, 每一相輸出線和正、 負直流母線之間各連接一只 IGBT, 連接正極母線的 IGBT 與輸出端節(jié)點稱為

20、“上橋臂”,連接負極母線的 IGBT 與輸出端節(jié)點稱為 “下橋臂”, 每一相的上、 下橋臂統(tǒng)稱為“半橋”, 6 個 IGBT 的序號一般為 VD 1 VD 6 。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池每一相間隔 120循環(huán)輸出就會產生交流電, 連接永磁同步電機后就會建立旋轉磁場, 電機轉子就可以旋轉并對外做功。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池三、驅動電機系統(tǒng)故障排除當驅動電機系統(tǒng)出現(xiàn)故障時, 驅動電機控制器 (MCU) 會將故障信息發(fā)送給整車控制器 (VCU)。 整車控

21、制器根據(jù)電機、 蓄電池、 DC/ DC 變換器等零部件故障和整車 CAN 網(wǎng)絡故障及 VCU 硬件故障進行綜合判斷, 確定整車的故障等級并進行相應的控制處理。 整車故障的4級劃分見表 。項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池1.驅動電機系統(tǒng)電路項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池2. 驅動電機系統(tǒng)低壓插件驅動電機低壓插件驅動電機控制器低壓插件項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任項目四 電動汽車電機及控制系統(tǒng)檢修 任務 2 檢修動力蓄電池3. 旋轉變壓器電路故障排除在電機與控制器低壓線束插接正確時, 如果出現(xiàn)旋轉變壓器故障, 一般分為兩情況: 一種是旋轉變壓器本身故障, 另一種為控制器旋轉變壓器