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純電動汽車的驅(qū)動電機系統(tǒng)講解

時間:2018-06-28 10:27:58來源:網(wǎng)絡轉(zhuǎn)載

導語:?驅(qū)動電機系統(tǒng)是電動汽車三大核心系統(tǒng)之一,是車輛行駛的主要驅(qū)動系統(tǒng),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(jīng)濟性和用戶駕乘感受。

驅(qū)動電機系統(tǒng)是電動汽車三大核心系統(tǒng)之一,是車輛行駛的主要驅(qū)動系統(tǒng),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(jīng)濟性和用戶駕乘感受。

一、驅(qū)動電機系統(tǒng)介紹

驅(qū)動電機系統(tǒng)由驅(qū)動電機、驅(qū)動電機控制器(MCU)構(gòu)成,通過高低壓線束、冷卻管路與整車其他系統(tǒng)連接,如圖1所示。

整車控制器(VCU)根據(jù)加速踏板、制動踏板、擋位等信號通過CAN網(wǎng)絡向電機控制器MCU發(fā)送指令,實時調(diào)節(jié)驅(qū)動電機的扭矩輸出,以實現(xiàn)整車的怠速、加速、能量回收等功能。

電機控制器能對自身溫度、電機的運行溫度、轉(zhuǎn)子位置進行實時監(jiān)測,并把相關(guān)信息傳遞給整車控制器VCU,進而調(diào)節(jié)水泵和冷卻風扇工作,使電機保持在理想溫度下工作。

驅(qū)動電機技術(shù)指標參數(shù),如表1所示,驅(qū)動電機控制器技術(shù)參數(shù)如表2所示。

1、驅(qū)動電機

永磁同步電機是一種典型的驅(qū)動電機(圖2),具有效率高、體積小、可靠性高等優(yōu)點,是動力系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu),是電能轉(zhuǎn)化為機械能載體。它依靠內(nèi)置旋轉(zhuǎn)變壓器、溫度傳感器(圖3)來提供電機的工作狀態(tài)信息,并將電機運行狀態(tài)信息實時發(fā)送給MCU。

旋轉(zhuǎn)變壓器檢測電機轉(zhuǎn)子位置,經(jīng)過電機控制器內(nèi)旋變解碼器解碼后,電機控制器可獲知電機當前轉(zhuǎn)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(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。

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(huán)、冷卻電子扇工作,調(diào)節(jié)電機工作溫度。

驅(qū)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(zhuǎn)子當前位置信息。

2、驅(qū)動電機控制器

驅(qū)動電機控制器MCU結(jié)構(gòu)如圖5所示,它內(nèi)部采用三相兩電平電壓源型逆變器,是驅(qū)動電機系統(tǒng)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(qū)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(qū)動電機控制系統(tǒng)運行狀態(tài)信息通過CAN2.0網(wǎng)絡發(fā)送給整車控制器VCU。驅(qū)動電機控制器內(nèi)含故障診斷電路,當電機出現(xiàn)異常時,達到一定條件后,它將會激活一個錯誤代碼并發(fā)送給VCU整車控制器,同時也會儲存該故障碼和相關(guān)數(shù)據(jù)。

驅(qū)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(tài)的監(jiān)測,根據(jù)相應參數(shù)進行電壓、電流的調(diào)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(tǒng)的工作溫度,包括IGBT模塊的溫度。

驅(qū)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。

二、驅(qū)動電機系統(tǒng)功能

通過驅(qū)動電機工作狀態(tài)可以了解新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的基本功能,根據(jù)駕駛員意愿驅(qū)動電機的工作狀態(tài):掛D擋加速行駛時、減速制動時、掛R擋倒車時以及E擋行駛時來了解它的工作過程。

1、D擋加速行駛

駕駛員掛D擋并踩加速踏板,此時擋位信息和加速信息通過信號線傳遞給整車控制器VCU,VCU把駕駛員的操作意圖通過CAN線傳遞給驅(qū)動電機控制器MCU,再由驅(qū)動電機控制器MCU結(jié)合旋變傳感器信息(轉(zhuǎn)子位置),進而向永磁同步電動機的定子通入三相交流電,三相電流在定子繞組的電阻上產(chǎn)生電壓降。

由三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電樞磁動勢及建立的電樞磁場,一方面切割定子繞組,并在定子繞組中產(chǎn)生感應電動勢;另一方面以電磁力拖動轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速正向旋轉(zhuǎn)。隨著加速踏板行程不斷加大,電機控制器控制的6個IGBT導通頻率上升,電動機的轉(zhuǎn)矩隨著電流的增加而增加,因此,起步時基本上擁有最大的轉(zhuǎn)矩。隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加,電動機的功率也增加,同時電壓也隨之增加。

在電動汽車上,一般要求電動機的輸出功率保持恒定,即電動機的輸出功率不隨轉(zhuǎn)速增加而變化,這要求在電動機轉(zhuǎn)速增加時,電壓保持恒定,其中永磁同步電機輸出特性曲線如圖8所示。

與此同時,電機控制器也會通過電流傳感器和電壓傳感器,感知電機當前功率、消耗電流大小、電壓大小,并把這些信息數(shù)據(jù)通過CAN網(wǎng)絡傳送給儀表、整車控制器,其具體工作原理如圖9所示。

2、R擋倒車時

當駕駛員掛R擋時,駕駛員請求信號發(fā)給VCU,再通過CAN線發(fā)送給MCU,此時MCU結(jié)合當前轉(zhuǎn)子位置(旋變傳感器)信息,通過改變IGBT模塊改變W\V\U通電順序,進而控制電機反轉(zhuǎn)。

3、制動時能量回收

駕駛員松開加速踏板時,電機由于慣性仍在旋轉(zhuǎn),設車輪轉(zhuǎn)速為V輪、電機轉(zhuǎn)速為V電機,設車輪與電機之間固定傳動比為K,當車輛減速時,V輪K<V電機時,電機仍是動力源,隨著電機轉(zhuǎn)速下降,當V輪K>V電機時,此時電機由于被車輛拖動而旋轉(zhuǎn),此時驅(qū)動電動機變?yōu)榘l(fā)電機(圖10)。

BMS可以根據(jù)電池充電特性曲線(充電電流、電壓變化曲線與電池容量的關(guān)系)和采集電池溫度等參數(shù)計算出相應的允許最大充電電流。MCU根據(jù)電池允許最大充電電流,通過控制IGBT模塊,使“發(fā)電機”定子線圈旋轉(zhuǎn)磁場角速度與電機轉(zhuǎn)子角速度保持到發(fā)電電流不超過允許最大充電電流,以調(diào)整發(fā)電機向蓄電池充電的電流,同時這也控制了車輛的減速度,具體過程如圖11所示。

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