《新能源汽車構(gòu)造》

驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)造與拆裝方法

《新能源汽車構(gòu)造》任務(wù)一拆裝驅(qū)動電機驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)造與拆裝方法目錄CONTENTS2驅(qū)動電機的分類1驅(qū)動電機的結(jié)構(gòu)情境導入新能源汽車的電驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動電機、電機控制器、動力電池和齒輪傳動系統(tǒng)等部分構(gòu)成。其中，驅(qū)動電機為新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)最主要的部分，其性能的優(yōu)劣關(guān)系到新能源汽車的車輛的速度、續(xù)航能力等性能。接下來我們將學習幾種常見的驅(qū)動電機的結(jié)構(gòu)，并了解電機的性能指標。01驅(qū)動電機的結(jié)構(gòu)驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)是新能源汽車動力總成系統(tǒng)的核心組件，用于實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換，簡稱驅(qū)動電機系統(tǒng)，它主要包括驅(qū)動電機和電機控制器。從應(yīng)用角度看，驅(qū)動電機系統(tǒng)與變速器、減速器等耦合形成了電驅(qū)動系統(tǒng)，電驅(qū)動系統(tǒng)已成為發(fā)展的主流。驅(qū)動電機的結(jié)構(gòu)驅(qū)動電機的結(jié)構(gòu)交流永磁同步驅(qū)動電機爆炸圖(示例)交流永磁同步電機外形圖(示例)電機是將電能轉(zhuǎn)換成機械能或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，它具有能做相對運動的組件，是一種依靠電磁感應(yīng)而運行的電氣裝置。將電能轉(zhuǎn)換成機械能的電機稱為電動機；將機械能轉(zhuǎn)換成電能的電機稱為發(fā)電機；為電動車輛行駛提供驅(qū)動力的電動機稱為驅(qū)動電機，驅(qū)動電機既是電動機，也是發(fā)電機。電機電動機和發(fā)電機驅(qū)動電機的結(jié)構(gòu)02驅(qū)動電機的分類驅(qū)動電機的分類（一）直流電機直流電機是將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能的電機，按勵磁磁場產(chǎn)生的方式，可分為電勵磁直流電機和永磁直流電機。圖中所示為一種永磁直流電機的外觀形圖示例。永磁直流電機外形圖直流電機主要包括風扇、機座、電樞、主磁極、刷架、換向器、接線板、出線盒、換向磁極、端蓋，如圖所示。其中靜止部分稱為定子，由機座、主磁極和勵磁繞組換向極和換向繞組、電刷裝置、端蓋等；轉(zhuǎn)動部分稱為電樞或轉(zhuǎn)子，主要包括鐵心、繞組、換向器、電樞軸等。驅(qū)動電機的分類（一）直流電機驅(qū)動電機的分類（二）三相異步電機三相異步電機又稱交流感應(yīng)電機，作為電機運行時，是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)將電能量轉(zhuǎn)換為機械能量。右圖為中小型封閉式結(jié)構(gòu)的三相異步電機外形圖示例。驅(qū)動電機的分類（二）三相異步電機定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的，三相交流異步感應(yīng)電動機的定子由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。轉(zhuǎn)子分為繞線形和籠形兩種，對應(yīng)的電動機分別叫作繞線轉(zhuǎn)子異步電機和籠型轉(zhuǎn)子異步電機。另外，還有端蓋、軸承、風扇、風扇罩、接線盒、吊環(huán)等其他附件。定子轉(zhuǎn)子以常見的三相異步電機為例，各類三相異步電動機都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成。如圖為三相異步電動機的結(jié)構(gòu)驅(qū)動電機的分類（二）三相異步電機驅(qū)動電機的分類（三）永磁同步電機永磁同步電機是指轉(zhuǎn)子采用永磁材料勵磁的同步電機，是國內(nèi)新能源汽車主要應(yīng)用的電機。永磁同步電機定子繞組的主要電氣參數(shù)、繞組形式和電勵磁式三相同步電動機的定子繞組一樣，通入交流電源即產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，如圖所示為永磁同步電機定子的電氣結(jié)構(gòu)與原理。（a）結(jié)構(gòu)圖

（b）原理圖永磁同步電機轉(zhuǎn)子使用徑向永久磁鐵作磁極，如圖所示。在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子將隨著旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場的速度取決于電源頻率。驅(qū)動電機的分類（三）永磁同步電機永磁同步電機轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機的分類開關(guān)磁阻電機是采用定轉(zhuǎn)子凸極且極數(shù)相接近的大步距磁阻式步進電機的結(jié)構(gòu)，利用轉(zhuǎn)子位置傳感器通過電子功率開關(guān)控制各相繞組導通使之運行的電機。開關(guān)磁阻電機(SRM)是一種典型的機電一體化電機，又稱開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)(SRD)，這種電機主要包括開關(guān)磁阻電機本體、電力電子功率變流器、轉(zhuǎn)子位置傳感器及控制器四部分。（四）開關(guān)磁阻電機如圖所示為開關(guān)磁阻電動機的構(gòu)成。驅(qū)動電機的分類（四）開關(guān)磁阻電機開關(guān)磁阻電機本體采用定子、轉(zhuǎn)子雙凸極結(jié)構(gòu)，單邊勵磁，即只有定子凸極采用集中繞組勵磁，而轉(zhuǎn)子凸極上既無繞組，也無永磁體；定子、轉(zhuǎn)子都由硅鋼片疊壓而成；定子繞組徑向相對的極串聯(lián)，構(gòu)成一相，其結(jié)構(gòu)原理如圖所示。驅(qū)動電機的分類（四）開關(guān)磁阻電機如圖所示，開關(guān)磁阻電機的定子和轉(zhuǎn)子相數(shù)不同，有多種組合方式，最常見的有三相6/4極結(jié)構(gòu)、三相6/8極結(jié)構(gòu)及三相12/8極結(jié)構(gòu)。驅(qū)動電機的分類（四）開關(guān)磁阻電機（a）三相6/4極

（b）三相6/8極

（c）三相12/8極《新能源汽車構(gòu)造》謝謝觀看能力模塊三掌握驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)造與拆裝方法任務(wù)一拆裝驅(qū)動電機《新能源汽車構(gòu)造》任務(wù)二拆裝驅(qū)動電機控制器驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)造與拆裝方法目錄CONTENTS2電機控制系統(tǒng)組成及部件介紹1電機控制器認識情境導入電機控制器是電驅(qū)動系統(tǒng)的控制中心，2020款比亞迪秦EV采用了一套“三合一”電驅(qū)動系統(tǒng)，該“三合一”電驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動電機、驅(qū)動電機控制器以及變速器三者集成，你能否闡述秦EV車型的電機控制器的結(jié)構(gòu)和其在實車上的位置?01電機控制器認識驅(qū)動電機控制器是一種用于控制動力電池與驅(qū)動電機之間能量傳輸?shù)难b置。其為動力電池和電機之間的能量轉(zhuǎn)換單元，是電驅(qū)動系統(tǒng)的控制中心，又稱智能功率模塊。驅(qū)動電機控制器主要組成包括智能功率(IPM)模塊、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊、信號數(shù)據(jù)采集模塊、關(guān)聯(lián)電路等硬件，以及電機控制算法與邏輯保護等軟件部分。定義組成電機控制器認識（一）定義及組成也稱絕緣柵雙極型晶體管，是一種由MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)和BJT(雙極型三極管)組合成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件，被認為是電動汽車的核心技術(shù)之一。是指智能功率模塊，把功率開關(guān)器件(IGBT)和驅(qū)動電路集成在一起，而且內(nèi)有過電壓、過電流和過溫等故障檢測電路，并可將檢測信號送到驅(qū)動電機控制器的信號數(shù)據(jù)采集模塊。IGBTIPM電機控制器認識（一）定義及組成具有采集扭矩請求、旋變等信號，控制電機正向、反向驅(qū)動以及正、反轉(zhuǎn)發(fā)電的功能；具有高壓輸出電壓和電流控制限制的功能；具有電壓跌落保護、過流保護、過溫保護、IPM過溫保護、IGBT過溫保護、功率限制、扭矩控制限制等功能；具有能量回饋控制、主動泄放、被動泄放控制的功能。電機控制器認識（二）功能（三）工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器檢測轉(zhuǎn)子位置并判斷其狀態(tài)，接通電機控制器內(nèi)相應(yīng)的IGBT,此時高壓直流電經(jīng)電機控制器內(nèi)的IGBT進行逆變后流入定子繞組線圈，通電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(電轉(zhuǎn)磁-電感),利用右手法則判定磁極，同性相斥、異性相吸使轉(zhuǎn)子的磁鐵隨之轉(zhuǎn)動。W晶體管導通，V晶體管PWM控制電流的大小和頻率，實現(xiàn)電機的調(diào)速。其控制原理如圖所示。電機控制器認識（三）工作原理當車輛在減速或滑行時，驅(qū)動電機會根據(jù)磁場旋轉(zhuǎn)的方向切割導線，將汽車的部分動能轉(zhuǎn)化為電能，進行能量回收。旋轉(zhuǎn)磁場是轉(zhuǎn)子，被切割的導線是定子繞組。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(機械能轉(zhuǎn)換成磁能)產(chǎn)生磁場，定子繞組線圈(磁能轉(zhuǎn)成電能-電磁感應(yīng))產(chǎn)生電能；每轉(zhuǎn)動180°產(chǎn)生的電壓方向(極性)改變一次(進去低電位，出來高電位),從而產(chǎn)生交流方波電。最后經(jīng)過電機控制器內(nèi)的IGBT上的二極管整流，變成直流電輸出給動力電池充電。電機控制器認識注意：當EV車型電池組的SOC>95%或PHEV車型電池組的SOC>90%時，能量回收的電能不會給動力電池充電。當動力電池有故障時，能量回收的電能不會給動力電池充電。02電機控制系統(tǒng)組成及部件介紹電機控制系統(tǒng)組成及部件介紹（一）結(jié)構(gòu)組成秦EV的驅(qū)動電機控制系統(tǒng)，也稱前驅(qū)電動總成或三合一驅(qū)動系統(tǒng)，主要由驅(qū)動電機控制器(Motor

ControlUnit，MCU)、驅(qū)動電機、單檔變速器組成，如圖所示。秦EV的前驅(qū)電動總成位于前艙中部，在充配電總成的下方，如上圖（左）所示。充配電總成位置如上圖（右）所示。電機控制系統(tǒng)組成及部件介紹（二）安裝位置電機控制系統(tǒng)組成及部件介紹（三）集成方案如下圖所示，目前新能源汽車動力總成有多重集成方式，從最初的“二合一”(電機+減速器)到“三合一”(電機+電機控制器+減速器)發(fā)展成目前最多的“八合一”(電機+減速器+微控制單元(MCU)+逆變器+電機控制單元(VCU)+車載充電器(OBC)+DC/DC電源轉(zhuǎn)換器+電源分配單元(PDU))。

二合一動力總成

三合一動力總成

八合一動力總成總成體積縮小，系統(tǒng)總質(zhì)量降低，一定程度上也降低了汽車能耗、提升了續(xù)航里程；采用集成化動力總成系統(tǒng)的機艙更加簡潔，汽車各系統(tǒng)布局更加靈活，乘坐及儲物空間能夠被最大化地利用。通過集成化設(shè)計，動力總成系統(tǒng)能夠降低接口復(fù)雜度及成本。集成度高的動力總成系統(tǒng)具備的優(yōu)勢主要有:電機控制系統(tǒng)組成及部件介紹（三）集成方案總成系統(tǒng)導致各組件與空氣接觸面積減少，為保證各組件處于正常工作溫度區(qū)間，整個散熱系統(tǒng)需要重新設(shè)計優(yōu)化。同時，噪聲振動(NVH)、電磁兼容(EMC)、安全等性能指標的控制，以及零組件開發(fā)協(xié)同，都是目前整車廠和供應(yīng)商需要重點攻克的難題。在后期用車方面，動力總成的集成化可能對消費者產(chǎn)生不良影響。一定程度上，動力總成的集成化會導致各組件的可靠性降低，各組件的質(zhì)量控制就顯得尤為重要；當某個零組件出現(xiàn)問題，需要維修或者更換總成時，會導致維修時間和成本的增加。高集成度也帶來了一些難題，例如:電機控制系統(tǒng)組成及部件介紹（三）集成方案電機控制系統(tǒng)組成及部件介紹（三）集成方案在比亞迪“三合一”總成集成方案中，本著“高品質(zhì)、高電壓、高集成、高轉(zhuǎn)速、高性能、低成本”的開發(fā)理念，前驅(qū)電動總成由驅(qū)動電機控制器、驅(qū)動電機、單檔變速器組成。比亞迪驅(qū)動三合一集成方案如下表所示。集成內(nèi)容示圖集成目的電機、電控端子直連，取消三相線

降低成本電機控制系統(tǒng)組成及部件介紹（三）集成方案接上一頁表格：電機、電控水道直連，取消水管

降低成本電機轉(zhuǎn)子軸和減速器輸入軸共用

提高同軸度，減少噪音電機殼體和減速器殼體共用

降低成本，提高同軸度，提高裝配精度（四）電機控制器比亞迪前驅(qū)電動總成控制器采用了三組分立的IGBT模塊，夾在冷卻水道與驅(qū)動板之間，依靠上方的驅(qū)動板來驅(qū)動。如圖所示，驅(qū)動板通過一個變壓器來實現(xiàn)高壓側(cè)和低壓側(cè)的隔離，采用六片獨立的驅(qū)動芯片，對每一個IGBT的上管和下管進行驅(qū)動。電機控制系統(tǒng)組成及部件介紹（四）電機控制器如圖所示，電機控制器將動力電池輸出的高壓直流電通過3組IGBT后逆變成三相可調(diào)電壓、可變頻率的交流電供驅(qū)動申機使用。電機控制系統(tǒng)組成及部件介紹（四）電機控制器電機控制系統(tǒng)組成及部件介紹驅(qū)動電機的旋變線圈的信號直接通過硬線信號傳輸?shù)诫姍C控制器，電機控制器通過轉(zhuǎn)碼后輸出電機轉(zhuǎn)速。前驅(qū)電動總成中的電機控制器上有一塊主控制板，如圖所示。主控板的電路架構(gòu)上使用了一片DSP控制芯片和一片F(xiàn)PGA芯片。FPGA芯片反應(yīng)速度快，在車輛發(fā)生故障時，比如電機出現(xiàn)絕緣不良導致電流過大時，電機控制器能夠及時切斷高壓，對驅(qū)動電機和控制器進行保護?！缎履茉雌嚇?gòu)造》謝謝觀看能力模塊三掌握驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)造與拆裝方法任務(wù)二拆裝驅(qū)動電機控制器《新能源汽車構(gòu)造》任務(wù)三認知電機驅(qū)動系統(tǒng)工作原理與結(jié)構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)造與拆裝方法目錄CONTENTS3秦EV電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)認知1電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2電驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)要求情境導入我們已經(jīng)初步了解了電驅(qū)動系統(tǒng)中的主要部分一一電機與控制中心一一電機控制器，在秦EV實車上，驅(qū)動電機、驅(qū)動電機控制器以及變速器都集成在前驅(qū)電動總成上，你是否了解秦EV的前驅(qū)電動總成的結(jié)構(gòu)與拆裝前驅(qū)電動總成時的注意事項？01電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)是新能源汽車的“心臟”和“肌肉”，作用相當于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機和減速箱。通常電力驅(qū)動系統(tǒng)主要包括電動機、電動機控制器及傳動機構(gòu)。電機驅(qū)動方式可分為電機中央驅(qū)動和電動輪驅(qū)動兩種形式。電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（一）電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由電機、固定速比減速器和差速器等構(gòu)成的電動機中央驅(qū)動系統(tǒng)，這種驅(qū)動系統(tǒng)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(zhì)量。另一種是電機中央驅(qū)動系統(tǒng)，它與前置發(fā)動機前輪驅(qū)動的傳統(tǒng)汽車的布置形式相似，將電機、固定速比減速器和差速器集成一體，兩根半軸連接兩個驅(qū)動車輪，這種布置形式在小型電動汽車上應(yīng)用最為普遍。電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（一）電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.電機中央驅(qū)動電機和固定速比的行星齒輪減速器安裝在車輪里面，省去了傳動軸和差速器，從而簡化了傳動系統(tǒng)。但是電動輪驅(qū)動方式需要兩個或四個電機，其控制電路也比較復(fù)雜，這種驅(qū)動方式在中興電動汽車上有較廣泛的應(yīng)用。電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（一）電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.電動輪驅(qū)動在新能源汽車和燃料電池汽車上，電驅(qū)動系統(tǒng)作為車輛唯一的驅(qū)動力來源，提供了車輛行駛?cè)康尿?qū)動力，保證車輛的行駛動力性、平順性等性能，其作用相當于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機。但是，由于電驅(qū)動系統(tǒng)能夠工作在回饋制動狀態(tài)，所以該系統(tǒng)還具備了傳統(tǒng)發(fā)動機無法實現(xiàn)的能量回饋功能，即電驅(qū)動系統(tǒng)在車輛制動時，能夠?qū)④囕v的動能通過驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)電特性轉(zhuǎn)換為電能存儲到車載電源系統(tǒng)中。新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)主要由動力輸出的驅(qū)動電機、電能變換的功率變換器以及實現(xiàn)控制算法的控制系統(tǒng)構(gòu)成。電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（二）電機驅(qū)動控制策略如圖所示，中間部分的實框內(nèi)展示了一種常見的電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（二）電機驅(qū)動控制策略如上圖所示，其中：驅(qū)動電機接受來自功率變換器的不同電壓、不同頻率的電能，通過電磁場作用將電能轉(zhuǎn)換為機械能輸出，從而推動車輛運動或者停止；功率變換器負責將車載直流電能轉(zhuǎn)換為不同的直流電能或者不同頻率的交流電能，為驅(qū)動電機提供適合的電能；控制系統(tǒng)則接受整車行駛需求，進行控制算法和適合整車行駛需求的策略計算，為功率變換器提供合適的控制規(guī)則，實現(xiàn)恰當?shù)倪壿嫼筒呗?。電?qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（二）電機驅(qū)動控制策略02電驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)要求高轉(zhuǎn)矩密度和高功率密度，減少整車的輸出恒定轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)快速起動、加速、負載爬坡要求。高速時，能輸出恒定功率，可有較高功率輸出。能夠在逆變器容量不變的情況下，有較強的弱磁調(diào)速能力，是基速的3~4倍。在整個速度范圍區(qū)域都有較高的效率。有一定的過載能力，在短的時間內(nèi)，可輸出兩倍的額定轉(zhuǎn)矩。高可靠性和一定的魯棒性以適應(yīng)車輛環(huán)境變化。電驅(qū)動系統(tǒng)是新能源汽車(包括電動、混合動力、燃料電池)的關(guān)鍵技術(shù)，其主要特性要求如下:電驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)要求電驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)要求典型的牽引電機驅(qū)動系統(tǒng)及電機輸出特性：如上圖所示，電機可兼作電動機和發(fā)電機運行：在電動機模式下，電機將電能轉(zhuǎn)換為機械能，逆變器從動力電池獲取電能供給電機，動力電池放電。在發(fā)電機模式下，電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能，通過逆變器反饋給動力電池，為動力電池充電。從輸出特性曲線可