1、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)可靠性研究,研 究 生：景詩毅,背景和意義,1835-1836年的運河投資熱 1922-1929年的鐵路 1985-2000年的計算機網(wǎng)絡(luò)熱 2004-2008年的太陽能,而由于能源危機和環(huán)境污染問題，電動汽車即將成為新的一代科技明星。,通用汽車百年慶典，雪佛蘭VOLT電動車量產(chǎn)版全球首發(fā),在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過程中，人類科技迄今共經(jīng)歷了4次科技熱潮：,背景和意義,電動汽車清潔無污染、能量效率高、低噪聲的優(yōu)點，使得電動汽車的產(chǎn)業(yè)化勢不可擋。在電動汽車的產(chǎn)業(yè)化過程中，企業(yè)和客戶都非常關(guān)注電動汽車的可靠性。 驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵部件之一，其可靠性研究不但能夠獲得電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的

2、可靠性指標(biāo)，為行業(yè)提供經(jīng)濟適用的可靠性考核方法和可靠性考核標(biāo)準，能夠大力促進我國電動汽車的產(chǎn)業(yè)化，加快我國電動汽車的快速發(fā)展。,背景和意義,20世紀40年代。1943年電子管研究委員會成立，專門研究電子管的可靠性問題,20世紀50年代 。1952年美國國防部成立了電子設(shè)備可靠性咨詢組(AGREE)。于1957年發(fā)表了軍用電子設(shè)備可靠性的研究報告，標(biāo)志著可靠性已成為一門獨立的學(xué)科，是可靠性工程發(fā)展的重要里程碑。,20世紀60年代。20世紀60年代是可靠性工程全面發(fā)展的階段，也是美國武器系統(tǒng)研制全面貫徹可靠性大綱的年代。,70年代以后。1977年國際電子技術(shù)委員會(IEC)設(shè)立了可靠性與可維修性技

3、術(shù)委員會,可靠性指標(biāo),可靠度： 平均壽命： 失效率：,背景和意義,分析電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的可靠性影響因素， 對可靠性幾種建模方式進行了介紹，分析了驅(qū)動系統(tǒng) 的可靠性模型，采用冗余設(shè)計來進行了可靠性設(shè)計,分析電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單應(yīng)力加速模型，建立 多應(yīng)力加速模型，利用二元一次插值法來估算 多應(yīng)力加速模型參數(shù),對電動汽車回饋制動的基本原理和研究現(xiàn)狀進 行了介紹，并對回饋制動對整個驅(qū)動系統(tǒng)可靠 性的影響進行了分析,主要研究內(nèi)容,分析電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的故障模式及其故障機 理，建立驅(qū)動系統(tǒng)故障樹,開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng) 高密度、高效率 低成本、寬調(diào)速,直流電動 驅(qū)動系統(tǒng),感應(yīng)電機 驅(qū)動系統(tǒng),永磁無刷

4、電機系統(tǒng),新一代牽引 電機系統(tǒng),電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)分類,結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、運行可靠 低轉(zhuǎn)矩脈動、低噪聲、不需要位置傳感器、轉(zhuǎn)速極限高 矢量控制調(diào)速技術(shù)比較成熟 驅(qū)動電路復(fù)雜，成本高,功率密度較高 電機尺寸小、體積小 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好,結(jié)構(gòu)簡單 優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性 城市無軌電車上廣泛應(yīng)用 重量和體積也較大,電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,驅(qū)動系統(tǒng)故障模式及故障機理分析,電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)主電路拓撲圖,驅(qū)動系統(tǒng)故障模式及故障機理分析,驅(qū)動系統(tǒng)的組成,定子故障模式和故障機理,定子絕緣故障: 主要是電壓過高，絕緣局部擊穿。 定子鐵芯故障: 主要是由于鐵芯松動 定子繞組

5、故障：,(a) 過負載下定子損傷 (b) 機械疲勞造成定子開裂,轉(zhuǎn)子故障模式和故障機理,轉(zhuǎn)子繞組:和定子繞組相同 轉(zhuǎn)子磁鋼：主要包括磁鋼脫落和退磁兩個方面。其中：磁鋼脫落的主要故障機理是粘接工藝欠佳，粘接劑選擇不當(dāng)，結(jié)構(gòu)不合理。退磁的主要故障機理是高溫，振動，電樞反應(yīng)，選用磁鋼不當(dāng)?shù)?轉(zhuǎn)子本身故障：一方面，轉(zhuǎn)子中的高頻電流引起集膚效應(yīng)使轉(zhuǎn)子電阻上升，使轉(zhuǎn)子銅耗增大，造成磨損嚴重；另一方面，如果有缺陷，變形，外力沖擊，設(shè)計和工藝不合理，會使轉(zhuǎn)子發(fā)生斷條。,(a) 振動造成繞組線圈損壞 (b) 轉(zhuǎn)子斷條,電機故障模式和故障機理,軸故障模式及機理,IGBT故障模式和故障機理,靜電放電及相關(guān)原因引起的

6、失效占很大的比例 其他主要故障有短路，擊穿和燒壞 故障機理主要是過熱，過壓，過流（長時間過流運行，短路超時，過高的di/dt）。,母線支撐電容故障模式及機理,電容故障表象圖,DSP控制電路故障模式及機理,驅(qū)動系統(tǒng)故障樹建立,電動汽車驅(qū)動系統(tǒng) 薄弱環(huán)節(jié),定轉(zhuǎn)子繞組,電機軸承,IGBT,控制電路,母線電容,絕緣壽命與絕緣溫度的關(guān)系,定轉(zhuǎn)子繞組壽命,失效率:,a) 不同絕緣等級基本失效率曲線,b) 不同環(huán)境溫度下的基本失效率曲線,基本失效率:,滾動軸承的壽命:,IGBT的功率循環(huán)次數(shù)：,直流母線電容：一般采用大容量的電解電容，主要影響 因素有母線電壓，環(huán)境溫度以及紋波電流。,控制電路可靠性影響因素：

7、溫度和電應(yīng)力（電壓，電流）,可靠性模型,串聯(lián)模型,并聯(lián)模型,混聯(lián)模型,并-串聯(lián)模型,串-并聯(lián)模型,電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)可靠性模型,驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性框圖：,驅(qū)動控制電路可靠性框圖,電機可靠性框圖,電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)可靠性設(shè)計,驅(qū)動系統(tǒng)完全冗余設(shè)計,系統(tǒng)失效率為：,可靠度為：,驅(qū)動控制部分并聯(lián),系統(tǒng)失效率為：,可靠度為：,電機部分并聯(lián),系統(tǒng)失效率為：,可靠度為：,薄弱環(huán)節(jié)冗余設(shè)計,系統(tǒng)失效率為：,可靠度為：,電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)可靠性設(shè)計,提高可靠性的辦法,加速壽命試驗,(a)恒定應(yīng)力試驗 (b)步進應(yīng)力試驗 (c)序進應(yīng)力試驗,阿倫尼斯(Arrhenius)模型：,壽命特征：,阿倫尼斯(Arrhenius

8、)模型：,加速系數(shù)(AF)：,逆冪率(inverse power model)模型,壽命特征：,逆冪率(inverse power model)模型,加速系數(shù)(AF)：,簡單多應(yīng)力復(fù)合模型,壽命特征：,簡單多應(yīng)力復(fù)合模型,加速系數(shù)(AF)：,溫度應(yīng)力下的加速系數(shù)曲線,二元一次函數(shù)插值法,雙應(yīng)力插值網(wǎng)絡(luò),多應(yīng)力加速模型（考慮耦合作用）,壽命特征：,插值法擬合下的壽命曲線,多應(yīng)力加速模型（考慮耦合作用）,加速系數(shù)(AF)：,插值法擬合下的加速系數(shù)曲線,回饋制動對驅(qū)動系統(tǒng)可靠性的影響,典型都市工況下驅(qū)動能與制動能比較,電動汽車制動方式,回饋制動對驅(qū)動系統(tǒng)可靠性的影響,電動汽車主要省油技術(shù)項目比較,回饋制動對驅(qū)動系統(tǒng)可靠性的