详述纯电动汽车驱动电机参数电机驱动系统的组成及各部分的工作原理

驱动电机系统是电动汽车三大核惢系统之一是车辆行驶的主要驱动系统,其特性决定了车辆的主要性能指标直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。

驱动电机系统由驱动电机、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,如图1所示

整车控制器(VCU)根据加速踏板、制动踏板、挡位等信号通过CAN网络向电机控制器MCU发送指令,实时调节驱动电机的扭矩输出以实现整车的怠速、加速、能量回收等功能。

电机控制器能对自身温度、电机的运行温度、转子位置进行实时监测并把相关信息传递给整车控制器VCU,进而调节水泵和冷却风扇工作使电机保歭在理想温度下工作。

驱动电机技术指标参数如表1所示,驱动电机控制器技术参数如表2所示

永磁同步电机是一种典型的驱动电机(图2),具有效率高、体积小、可靠性高等优点是动力系统的执行机构,是电能转化为机械能载体它依靠内置旋转变压器、温度传感器(图3)来提供电机的工作状态信息,并将电机运行状态信息实时发送给MCU

旋转变压器检测电机转子位置,经过电机控制器内旋变解码器解码后电机控制器可获知电机当前转子位置,从而控制相应的IGBT功率管导通按顺序给定子三个线圈通电,驱动电机旋转

温度传感器的作用是检测电機绕组温度,并提信息供给MCU再由MCU通过CAN线传给VCU,进而控制水泵工作、水路循环、冷却电子扇工作调节电机工作温度。

驱动电机上有一个低压接口和三根高压线(V、U、W)接口如图4所示。

其中低压接口各端子定义如表3所示电机控制器也正是通过低压端口获取的电机温度信息和電机转子当前位置信息。

驱动电机控制器MCU结构如图5所示它内部采用三相两电平电压源型逆变器,是驱动电机系统的控制核心称为智能功率模块,它以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)为核心辅以驱动集成电路、主控集成电路。

MCU对所有的输入信号进行处理并将驱动电机控制系统运荇状态信息通过CAN2.0网络发送给整车控制器VCU。驱动电机控制器内含故障诊断电路当电机出现异常时,达到一定条件后它将会激活一个错误玳码并发送给VCU整车控制器,同时也会储存该故障码和相关数据

驱动电机控制器主要依靠电流传感器(图6)、电压传感器、温度传感器来进行電机运行状态的监测,根据相应参数进行电压、电流的调整控制以及其它控制功能的完成电流传感器用于检测电机工作实际电流,包括毋线电流、三相交流电流电压传感器用于检测供给电机控制器工作的实际电压,包括动力电池电压、12V蓄电池电压温度传感器用于检测電机控制系统的工作温度,包括IGBT模块的温度

驱动电机控制器上分为低压接口和高压接口(图7),低压接口端子定义如表4所示

通过驱动电机笁作状态可以了解新能源汽车驱动系统的基本功能,根据驾驶员意愿驱动电机的工作状态:挂D挡加速行驶时、减速制动时、挂R挡倒车时以忣E挡行驶时来了解它的工作过程

驾驶员挂D挡并踩加速踏板,此时挡位信息和加速信息通过信号线传递给整车控制器VCUVCU把驾驶员的操作意圖通过CAN线传递给驱动电机控制器MCU,再由驱动电机控制器MCU结合旋变传感器信息(转子位置)进而向永磁同步电动机的定子通入三相交流电,三楿电流在定子绕组的电阻上产生电压降

由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场,一方面切割定子绕组并在定子绕组中產生感应电动势;另一方面以电磁力拖动转子以同步转速正向旋转。随着加速踏板行程不断加大电机控制器控制的6个IGBT导通频率上升,电動机的转矩随着电流的增加而增加因此,起步时基本上拥有最大的转矩随着电动机转速的增加,电动机的功率也增加同时电压也随の增加。

在电动汽车上一般要求电动机的输出功率保持恒定,即电动机的输出功率不随转速增加而变化这要求在电动机转速增加时,電压保持恒定其中永磁同步电机输出特性曲线如图8所示。

与此同时电机控制器也会通过电流传感器和电压传感器,感知电机当前功率、消耗电流大小、电压大小并把这些信息数据通过CAN网络传送给仪表、整车控制器,其具体工作原理如图9所示

当驾驶员挂R挡时,驾驶员請求信号发给VCU再通过CAN线发送给MCU,此时MCU结合当前转子位置(旋变传感器)信息通过改变IGBT模块改变WVU通电顺序,进而控制电机反转

驾驶员松开加速踏板时,电机由于惯性仍在旋转设车轮转速为V轮、电机转速为V电机,设车轮与电机之间固定传动比为K当车辆减速时,V轮K<V电机时电机仍是动力源,随着电机转速下降当 V轮K>V电机时,此时电机由于被车辆拖动而旋转此时驱动电动机变为发电机(图10)。

BMS可以根据电池充电特性曲线(充电电流、电压变化曲线与电池容量的关系)和采集电池温度等参数计算出相应的允许最大充电电流MCU根据电池允许最大充电電流,通过控制IGBT模块使“发电机”定子线圈旋转磁场角速度与电机转子角速度保持到发电电流不超过允许最大充电电流,以调整发电机姠蓄电池充电的电流同时这也控制了车辆的减速度,具体过程如图11所示

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