1、刘威 陈荣梅 宫英伟 胡海玲编机械工业出版社 电动汽车构造、原理、与检修1电动汽车维修安全操作2电动汽车整车控制系统结构原理与检修3 电动汽车电动汽车动力电池系统结构原理与检修动力电池系统结构原理与检修4电动汽车电机及控制系统检修5充电系统检修6辅助系统检修目录CATALOGUE任务 1 更换驱动电机系统部件项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件【学习目标】1.了解驱动电机系统的功能。2.了解不同种类的电机的特点和性能。3.了解驱动电机系统的工作模式。4.掌握永磁同步电机和交流异步电机的结构及工作原理。5.掌握电机控制器的结构及工作原理
2、。6.了解旋转变压器的结构和工作原理。客户委托:更换驱动电机。任务任务 2 2 检修动力蓄电池检修动力蓄电池客户客户委托委托:更换驱动电机更换驱动电机。【任务描述】【任务描述】一辆 E150EV 车辆行驶 5000km 以后,会出现类似底盘零部件松动的声音,从前机舱内部下方传出,车辆低速滑行过减速带时比较明显,低速时加速和减速时也会频繁出现。拆下电机后检查磨损情况,发现减速器花键和驱动电机输出轴花键磨损严重。作为一名电动汽车的维修技师,请你为客户的车辆更换驱动电机总成。知识准备：驱动电机系统是新能源汽车车辆行驶的主要执行结构,驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一,
3、其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。电机是应用电磁感应原理运行的旋转的电磁机械,用于实现电能向机械能的转换。运行时,驱动电机从电系统吸收电功率,向机械系统输出机械功率。驱动电机系统还要有能量回收功能。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件一、电动汽车驱动电机的种类及特点1.驱动电机的要求项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件项目项目四四 电动汽车电动汽车电机
4、及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件目前汽车专用驱动系统主要有 3 种类型的电机系统,即直流电机驱动系统、永磁同步电机驱动系统、交流感应电机驱动系统。3 种电机系统的特点对照项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件2.电动机的类型及特点(1)无刷直流电动机(2)异步电动机(3)永磁同步电动机(4)开关磁阻电动机(5)轮毂电机项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件永磁同步电动机的外观及特点如图 所示,永磁同步电动机的内部结构如图所示。项目项目四四 电动汽车电
5、动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件有些混合动力车型的电动机集成在发动机和变速器之间。这种技术结构的混动系统大多数使用永磁同步电动机,下图为奥迪混动系统永磁同步电动机的结构。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件二、驱动电机系统工作模式驱动电机系统由驱动电机(PMMS)、驱动电机控制器(MCU)构成,通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统连接。驱动电机系统结构如图所示。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件1.D 位加速行车2.R 位倒车3.制
6、动时能量回收4.E 档行驶项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件三、驱动电机系统工作条件驱动电机系统正常工作要满足的条件如下:1)高压电源输入正常(绝缘性能大于 20M)。2)低压 12V 电源供电正常(电压范围 916V)。3)与整车控制器通信正常。4)电容器放电正常。5)旋变传感器信号正常。6)三相交流输出电路正常。7)电机及电机控制器温度正常。8)开盖保持开关信号正常项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件四、永磁同步电动机的结构及工作原理1.永磁同步电动机的分类永磁同步电机
7、可分为交流永磁同步电机(PMSM)、直流无刷永磁电机(BLD-CM)和新型永磁电机(混合式永磁电机、续流增磁永磁电机)3 大类,目前电动汽车主要采用的是前两类。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件2.永磁同步电动机的结构交流永磁同步电动机主要由定子(铝合金)、转子(永磁)、前端盖、后端盖和旋变传感器组成。下图为某车型永磁同步电动机结构分解。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件3.永磁同步电动机的机械特性永磁同步电动机的机特性曲线如所示。根据特性曲线可以看出,永磁同步电动机在低
8、转速时转矩最大,随着转速的升高转矩逐渐降低;在在低转速时功率随转速增加,在高转速时保持恒定的功率。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件五、交流异步电动机的结构及工作原理1.交流异步电动机的结构2.交流异步电动机的工作原理3.交流异步电动机的特性项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件六、电机的传感器在电机上安装的传感器主要有电机温度传感器和测量电机转速的旋转变压器。1.电机温度传感器电机温度传感器的作用是检测电动机定子绕组的温度,并提供散热风扇起动的信号之一。2.旋转变压器旋转变
9、压器安装在驱动电机上,是一种电磁式传感器,又称同步分解器,用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度。在电动汽车上,旋转变压器是测量驱动电机转速并将转速信号传递给电机控制器的元件。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件2.旋转变压器(1)旋转变压器的工作原理(2)旋转变压器的结构项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件(3)旋转变压器的工作原理项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件(2)旋转变压器的工作原理旋转变压器的转动位置与输
10、出电压的关系a)两绕组相位差为 0时输出电压与输入电压关系 b)两绕组相位差为 90时输出电压与输入电压关系项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件(2)旋转变压器的结构在电动汽车的电机上应用的旋转变压器,结构上分为绕组和信号齿圈两个部分。绕组固定在壳体上,信号齿圈固定在转子上。绕组由励磁、正弦、余弦 3 组线圈组成。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件七、驱动电机的更换当电机损坏时需要更换电机,更换电机时要按照高压操作的规范进行。所示为某车型永磁同步电动机的安装位置及其相关器件
11、。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件1.拆卸驱动电机将点火开关钥匙置于 OFF 档并关闭所有用电器;将点火开关钥匙从点火开关拔下并妥善保管。断开蓄电池低压负极电缆。拧开散热器盖。将车辆举升。拆下前机舱挡板。在下方排放冷却液,并断开电机上的进、出水管路。拔下驱动电机上的低压线束。用专用工具拆下电机控制器的高压插头。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件1.拆卸驱动电机拆卸车轮。拔下空调压缩机上的高低压插件,在电机上拆下空调压缩机的固定螺栓,将空调压缩机移动到远离电机位置并固定。
12、拆卸制动钳总成并固定。使用专用工具将驱动轴从制动盘中拔出。用撬棍将驱动轴从变速器中撬出,拔出左、右两个驱动轴。拆卸固定驱动电机的悬架螺栓。从车辆下方拆下驱动电机和减速器总成。任务 1 更换驱动电机系统部件项目项目三三 电动汽车电动汽车电机及控制系统检修电机及控制系统检修 任务 1更换驱动电机系统部件【学习目标】1.了解电机控制器的工作原理。2.掌握驱动电机系统的故障诊断方法。3.掌握旋转变压器的故障排除方法。4.能够对电机驱动系统的故障进行分析。客户委托:排除驱动电机系统故障。任务 2 检修动力蓄电池项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池任
13、务描述一位客户的车辆在行驶几千米后偶尔出现掉高压现象,动力蓄电池故障指示灯亮,系统故障灯亮,车辆无法行驶。使用故障检测仪读出故障码为 P0518(电机控制器欠电压故障),确定故障在驱动电机系统,请你维修客户的车辆。一、电机控制器的结构及功能驱动电机控制器是控制动力源与驱动电机之间能量传输的装置,由控制信号接口电路、驱动电机控制电路和驱动电路组成。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池1.电机控制器的主要功能电机控制器安装在前舱内,采用 CAN 通信控制,控制着动力蓄电池到电机之间能量的传输,同时采集电机位置信号和三相电流检测信号,精确地控制
14、驱动电机运行。电机控制器能将动力蓄电池中的直流电转换为交流电以驱动电机,同时能将车轮旋转的动能转换为电能(交流电转换为直流电)给动力蓄电池充电。车辆制动或滑行阶段,电机作为发电机使用。它可以完成由车轮旋转的动能到电能的转换,给蓄电池充电。DC/DC 变换器集成在电机控制器内部,其功能是将蓄电池的高压电转换成低压电,给整车低压系统供电。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池某车型电机控制器控制框图项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池电机控制器使用以下传感器来提供驱动电机系统的工作信息:(
15、1)电流传感器 用以检测电机工作的实际电流(包括母线电流、三相交流电流)。(2)电压传感器 用以检测供给电机控制器工作的实际电压(包括动力蓄电池电压、12V 蓄电池电压)。(3)温度传感器 用以检测电机控制系统的工作温度(包括 IGBT 模块温度、电机控制器板载温度)。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池2.电机控制器的结构电机控制器主要由高压插件、控制主板、IGBT 模块(驱动)、超级电容器、放电电阻、电流感应器、壳体水道等组成。某车型电机控制器的结构如所示。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2
16、检修动力蓄电池将电机控制器的外端盖打开可以看到内部的电气元件。图 4-28 所示为某电动汽车电机控制器内部的三相输出和直流高低压输入母线。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池电机控制器内部的超级电容器、控制主板和接口电路如图 4-29 所示。控制主板的功能有与整车控制器通信、监测直流母线电流、控制 IGBT 模块、监控高压线束连接情况、反馈 IGBT 模块温度、旋转变压器励磁供电、旋转变压器信号分析等。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池电机控制器内部的IGBT 模块和电流感应器如图
17、所示。IGBT 模块的功能有监测直流母线电压,将直流电转换为交流电及变频,监测相电流的大小,监测 IGBT模块温度,将交流电整流为直流电。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池电机控制器内部的电容器与直流母线的连接和放电电阻如图所示。超级电容器接通高压电路时给电容器充电,在电机起动时保持电压的稳定。放电电阻的作用是断开高压电路时,通过电阻给电容器放电。若放电电路故障,则会报放电超时导致高压断电故障。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池二、逆变器的工作原理电机控制器作为整个制动系统的控制
18、中心,它由逆变器和控制器两部分组成。逆变器接收蓄电池输送过来的直流电,逆变成三相交流电给汽车电机提供电源。逆变器的核心元件是 IGBT 模块。某电动汽车 IGBT 模块外观如图所示。1.IGBT 模块的功能信号反馈给电机控制器控制主板。监测直流母线电压。直流转换交流及变频。监测相电流的大小。监测 IGBT 模块温度。三相整流。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池2.IGBT 模块电路原理某车型的逆变器内部的 IGBT 模块电路如图 4-33 所示。它由 6 个 IGBT(绝缘栅双极晶体管)组成,每一相输出线和正、负直流母线之间各连接一只
19、IGBT,连接正极母线的 IGBT 与输出端节点称为“上桥臂”,连接负极母线的 IGBT 与输出端节点称为“下桥臂”,每一相的上、下桥臂统称为“半桥”,6 个 IGBT 的序号一般为 VD 1 VD 6。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池每一相间隔 120循环输出就会产生交流电,连接永磁同步电机后就会建立旋转磁场,电机转子就可以旋转并对外做功。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池三、驱动电机系统故障排除当驱动电机系统出现故障时,驱动电机控制器(MCU)会将故障信息发送给整车控制器(
20、VCU)。整车控制器根据电机、蓄电池、DC/DC 变换器等零部件故障和整车 CAN 网络故障及 VCU 硬件故障进行综合判断,确定整车的故障等级并进行相应的控制处理。整车故障的4级划分见表。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池1.驱动电机系统电路项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池2.驱动电机系统低压插件(1)驱动电机低压插件(2)驱动电机控制器低压插件项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池3.旋转变压器电路故障排除在电机与控制器
21、低压线束插接正确时,如果出现旋转变压器故障,一般分为两情况:一种是旋转变压器本身故障,另一种为控制器旋转变压器解码电路故障。不管哪一种故障,都将会出现电机系统无法起动或转矩输出偏小等现象。首先检查电机控制器与电机插接低压线束是否有退针与虚接现象,检查电机控制器低压控制插件 12V 供电是否正常。(1)检查电路的通断 脱开电机控制器插头,测量电机旋转变压器插头 35 的针脚至电机控制器针脚 19 之间是否出现断路/短路情况。(2)检查励磁绕组的电压 检查励磁绕组的电压,打开点火开关至 ON 档,测量插件端应有 33.5V 交流电压。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检
22、修 任务 2 检修动力蓄电池3.旋转变压器电路故障排除(3)检查线圈的电阻值 用万用表测量电机旋转变压器的阻值。正确的线圈阻值如下:正弦绕组阻值:拔下插件,测量传感器端子应有(6010)电阻。余弦绕组阻值:拔下插件,测量传感器端子应有(6010)电阻。励磁绕组阻值:拔下插件,测量传感器端子应有(3010)电阻。若绕组的阻值超出正常范围,则需更换旋转变压器。若阻值正常,则可能是控制器内部旋转变压器解码电路故障,需更换控制器主控板。项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池4.驱动电机系统的故障分析项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池项目项目四四 电动汽车电动汽车电机及控制系统电机及控制系统检修检修 任务 2 检修动力蓄电池2020年我们一起走过的点点滴滴
