电动汽车电机控制与驱动技术课件-项目一 电动汽车控制与驱动技术共16页文档

三、电动汽车电机命名标准
国标关于电动车电机的命名标准如下： 派生代号，用大写汉语拼音 字母表示性能参数代号，用二位阿拉伯数字表示。 产品名称代号，用大写汉语拼音字母表示机座号，以机壳外径（ mm）表示产品名称代号。 SYT：铁氧体永磁式直流伺服电动机 SYX：稀土永磁式直流伺服电动机 SXPT：铁氧体永磁式线绕盘式直流电动机 SXPX：稀土永磁式线绕盘式直流电 SWT：铁氧体永磁式无刷直流伺服电动机 SWX：稀土永磁式无刷直流伺服电动机 SN：印制绕组直流伺服电动机 SR：开关磁阻电动机 YX：三相异步电动机
3）矢量控制
矢量控制是一种电机的磁场定向控制方法，以异步电动 机的矢量控制为例。它首先通过电机的等效电路来得出一些 磁链方程，包括定子磁链，气隙磁链，转子磁链，其中气隙 磁链是连接定子和转子的。
三、电动机驱动系统控制方式
4）直接转矩控制 直接转矩控制以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制
5）自适应控制 自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统，这里所谓的
三、电动机驱动系统控制方式
1）感应电机V/f控制 感应电机V/f开环控制系统中存在固有的不稳定性，在某 些运行频段易出现电流的持续振荡，严重时甚至会引起变频 器过流保护或烧毁功率模块。
2）转差率控制
基于转差率控制的矢量控制方式是在进行V/f为恒定控制 的基础上，通过检测异步电机的实际速度n，并得到对应的控 制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量 及两个分量间的相位，对输出频率f进行控制的。
第一节 电动汽车电机技术趋势与挑战
一、电动汽车电机技术发展趋势 1）电机的功率密度不断提高，永磁电机应用范围不断扩大 2）电机的工作转速不断提高，回馈制动的高效区域不断拓宽 3）电驱动系统的集成化和一体化趋势更加明显 4）电驱动系统的混合度与电功率比不断增加 5）车用电驱动控制系统的集成化和数字化程度不断加大

驱动电机的控制策略
矢量控制
通过控制电机的输入电流或电压的大 小和方向，实现对电机转矩和转速的 精确控制。
直接转矩控制
滑模控制
通过改变电机的输入电压或电流，使 电机状态在设定路径上滑模运动，实 现对电机状态的快速响应和精确控制 。
通过直接控制电机的输出转矩和转速 ，实现对电机运动的快速响应和精确 控制。
驱动电机的热管理
冷却系统
为了防止电机过热，需要设计高效的冷却系统，如液冷系统或风冷系统。
热设计
在电机的设计阶段就需要考虑到热设计，合理布置电机的散热器和散热通道， 提高电机的散热性能。
04
电动汽车驱动电机的应用与发展
驱动电机在电动汽车中的应用现状
驱动电机是电动汽车的核心部件，负责将电能转化为机械能，为汽车提供动力。 目前，电动汽车驱动电机主要采用永磁同步电机、感应电机和开关磁阻电机等。
电动汽车驱动电机课 件
目录
• 电动汽车驱动电机概述 • 电动汽车驱动电机的工作原理 • 电动汽车驱动电机的性能分析 • 电动汽车驱动电机的应用与发展 • 电动汽车驱动电机的维护与保养
01
电动汽车驱动电机概述
驱动电机在电动汽车中的作用
01
02
03
提供动力输出
驱动电机将电能转化为机 械能，为电动汽车提供前 进和后退的动力。
永磁同步电机具有效率高、功率密度大、调速范围宽等优点，是当前电动汽车驱 动电机的首选。感应电机结构简单、可靠性高、成本低，在低端电动汽车上广泛 应用。开关磁阻电机具有较高的能效和可靠性，但噪音和振动较大，需要进一步 改进。
驱动电机的发展趋势与挑战
驱动电机的发展趋势包括提高能效、降低成本、减小体积和 重量、提高可靠性和耐久性等。为了实现这些目标，需要采 用新材料、新工艺和新技术，如稀土永磁材料、碳化硅功率 器件等。

绝缘性能的影响。
4）电机性能 电机性能测试是电机及控制器试验中最需要的，也是仪器设备投入最大的项目。项目需要 在电机测试台架上进行，试验中大半的准备工作都是为了电机和台架的匹配安装。
（1）试验设备 目前常用的测功机主要有直流电力测功机、交流电力测功机、电涡流测功机和
水力测功机。直流电力测功机由直流电机、测力计和测速发电机组合而成。直流电 机的定子由独立的轴承座支承，它可以在某一角度范围内自由摆动。
(l)电动汽车测试评价技术
作为国家“十五”863计划电动汽车重大专项重要组成部分，由中国汽车工 程研究院等单位在“十五”期间承担的“电动汽车检测试验技术研究”课题的“电 动汽车整车运行检测实验研究”开展对电动汽车整车道路运行工况的研究工 作，实际测量汕头、广州、武汉、北京、上海、重庆等典型城市的电动汽车 整车道路运行工况，并制定出可用于指导电动汽车动力性、经济性以及排放 性能等研究开发和模拟试验用的“电动汽车整车道路运行工况”，制定出以汕 头南澳岛环岛公路和沙石泥土路为基础、能够反映电动汽车在我国典型城市 实际运行道路状况的“电动汽车整车运行道路可靠性考核试验用载荷谱、典型 路段及其里程分配”动汽车测试评价
美国先进车辆测试项目在美国，为了建立起电动汽车等先进车辆 技术研发与产业化的桥梁，在美国能源部(Department of Energy，以下 简称DOE)自由车辆技术项目(Freedom CAR and Vehicle Technologies Program)的支持下。开展了先进车辆测试项目(Advanced Vehicle Testing Activity, AVTA)，旨在提供国家级综合性公正的先进车辆技术测试评价 服务，该项目是美国国内最主要的由国家主导的测试评价活动，包括进 行轻型车、先进动力总成、蓄电池及充电基础设施的测试评价，AVTA 建立了电动汽车比较完整的测试评价体系与规程，包括基准测试 (baseline performance Testing)、快速可靠性测试(accelerated reliability Testing )及车队运行测试（fleet testing）。

PPT课件
16
第二章
驱动电机系统关键部件简介
检修——确认低压信号线束连接
驱动电机低 压接口定义
建议检修时先确认 插件是否连接到位， 是否有“退针”现 象。
连接器型号：Amphenol RTOWO1419NP03
编号
信号名称
说明
A
激励绕阻R1
B
激励绕阻R2
C
余弦绕阻S1
D
余弦绕阻S3
E
正弦绕阻S2
F
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第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电动机结构
PPT课件
6
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电动机主要零件
PPT课件
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第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB驱动电机控制器采用三相两电平电压源型逆变器
驱动电机系统的控制中心，又称智能功率模块，以IGBT （绝缘栅双极型晶体管）模块为核心，辅以驱动集成电路、主 控集成电路。
对所有的输入信号进行处理，并将驱动电机控制系统运行状 态的信息通过CAN2.0网络发送给整车控制器。驱动电机控制器 内含故障诊断电路。当诊断出异 常时，它将会激活一个错误代码， 发送给整车控制器，同时也会把 存储该故障码和数据。
PPT课件
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第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB驱动电机控制器采用三相两电平电压源型逆变器
KTZ3322S02 AK33D XXXXX XXXX 新能源
大洋
KTZ3328S01 BK33D XXXXX XXXX 新能源股份 KTZ3322S02 BK33D XXXXX XXXX 新能源
大郡 大郡

右手定则
一、电磁基本概念
电磁力方向
伸开左手，使拇指与其余四个 手指垂直，并且都与手掌在同一 平面内；让磁感线从掌心流入， 使四指指向电流方向；拇指所指 方向就是通电导线在磁场所受安 培力方向。
左手定则
二、电机基本结构
电机主要是由定子和 转子组成。
永磁同步电动机结构
二、电机基本结构
定子
定子的作用是产生磁场和作 为电机机械支撑，它由主磁极、 换向磁极、电刷、机座、端盖和 轴承等组成。
定子结构
二、电机基本结构
定子
① 定子铁芯。定子铁芯是由0.350.5mm的硅钢片叠成，它构成电机磁
路的一部分。
定子结构
二、电机基本结构
定子
②换向磁极。在两个相邻的主磁极之 间有一个小磁极，这就是换向磁极。它 的构造与主磁极相似，它的励磁绕组与 主磁极的励磁绕组相串联。换向磁极的 主要作用是产生附加磁场，改善电机的 换向，减小电刷与换向器之间的火花， 不致使换向器烧坏。在功率很小的直流 电机中也有不装换向极的。
小知识：电机可逆原理 任何电机都有固定不动的定子 和旋转的转子两部分组成，根据 车辆工况的不同，按照电机可逆 原理，定子与转子实现不同作用 以完成电动机与发电机的工况转 变。
电动机的原理模型
03 电动汽车常见电机驱动系统
1.电动汽车常见电驱系统功能
定义
电驱动系统：驱动电
机，电机控制器，驱动减速 器、总成和冷却系统。
电能转化为机械能
二、驱动电机的功能
发电机功能
小知识：制动能量回收 国外有关研究表明，在较 频繁制动与起动的城市工况运 行条件下，有效地回收制动能 量，电动汽车大约可降低15% 的能量消耗，可使电动汽车的 行驶距离延长10%~30%。。

全国交通运输职业教育高职新能源汽车运用与维修专业规划教材
新能源汽车
驱动电机与控制技术
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模块一 模块二 模块三 模块四 模块五
新能源汽车概述 电机学基础知识 新能源汽车驱动电机构造原理与检修 新能源汽车驱动电机与控制技术 新能源汽车其他类型电机结构原理检修
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项目一 新能源汽车概述
二、纯电动汽车
纯电动汽车的结构特点是灵活，这种灵活性源于纯电动汽车具有以下几个 独特的特点：
➢ 纯电动汽车的能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和传 动轴传递的。
➢ 纯电动汽车驱动系统的布置不同，采用不同类型的电动机，会影响到 纯电动汽车的质量、尺寸和形状。
➢ 不同的能源补充装置具有不同的硬件和机构。
➢ 车轮主要由轮辋、轮辐等组成，其内部还需安装制动器，还可能需要 安装轮毂电机。
二、纯电动汽车
汽车底盘
转向系包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构等，它按能源不同被分 为机械转向系和动力转向系两大类，机械转向系与传统汽车的完全一致。
制动系由供能装置、控制装置、传动装置和制动器四个基本部分组成，按 其功用不同，被分为行车制动系、驻车制动系、应急制动系和辅助制动系等。 纯电动汽车由于可利用电动机实现再生制动进行能量回收，并且还可利用电磁 吸力实现电磁制动。
Hale Waihona Puke 一、新能源汽车的分类 纯电动汽车
纯电动汽车与燃油汽车的主要区别在于驱动系统不同。纯电动汽车用电动 机驱动，用蓄电池、燃料电池、超级电容或高速飞轮等作相应的能源。能量供 给和消耗与蓄电池的性能密切相关，直接影响电动汽车的动力性、续驶里程和 成本效益。
一、新能源汽车的分类 混合动力汽车
混合动力汽车（Hybrid Vehicle）是指车辆驱动系统由两个或多个能同时 运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状 态由单个驱动系统单独或共同提供。通常所说的混合动力汽车，一般是指油电 混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle, HEV），即采用传统的内燃机（柴油 机或汽油机）和电动机作为动力源，也有的发动机经过改造使用其他替代燃料， 例如压缩天然气、丙烷和乙醇燃料等。

应用：大功率、低速车辆，尤其是驱动系统功率需求较大的大型电动客车、特 斯拉等（矢量变频控制，缩小与同步电机差距），调速范围大
3、永磁同步电机
优点：小体积、轻量化、功率密度高，能耗小20%；缺点：成本高。应用广泛
4、开关磁阻电机
优点：结构简单，效率高（>85%）,成本低，调速灵活（可以通过改变电压， 导通和关断角度，拥有很好的调速范围和能力）；缺点：转矩脉动较大，噪音 大。在电动汽车上在试验阶段
目前电动汽车基本上使用交流异步电机和永磁同步电机两种。
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汽车驱动电机概述—电机控制系统
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汽车驱动电机概述—电机控制系统
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汽车驱动电机概述—电机控制系统
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汽车驱动电机概述—电机控制系统
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汽车驱动电机概述—电机控制系统
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汽车驱动电机概述—驱动电机的特性 （1）体积小，质量轻，功率密度大； （2）效率高，高效区广； （3）恒功率范围广； （4）高安全性、舒适性； （5）可有效回收能量
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汽车驱动电机概述—电机分类
正弦波无刷直流电机（BLAC）=三相交流永磁同步电机（PMSM）
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小结
•本节讲述了驱动电机的类型及电机控制系统的总 体结构，本节需要注意的是电机控制系统总体构造。
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主要内容
1
汽车驱动电机概述
2
驱动电机的结构原理
3
逆变器的结构原理
4
电机检测与故障分析

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逆变器的结构原理
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逆变器的结构原理
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逆变器的结构原理
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逆变器的结构原理
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逆变器的结构原理
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驱动电机的结构原理-三相异步电机原理
小结
• 本节讲述了使用IGBT进行逆变的原理，需要注意的 是了其基本原理。
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汽车驱动电机概述—电机分类
1、直流电机
优点：调速性能良好；起动性能好；具有较宽的恒功率范围；控制较为简单； 价格便宜。缺点：效率低；维护工作量大；转速低；质量和体积大
应用：巡逻车、电动观光车、电动叉车等
2、交流异步电机：
优点：效率高、成本低 、结构简单、制造方便、可靠性好；缺点：体积大、质 量大、功率密度低
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主要内容
1
汽车驱动电机概述
2
驱动电机的结构原理
3
逆变器的结构原理
4
电机检测与故障分析
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电机检测与故障分析（比亚迪e5）
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电机检测与故障分析（知豆D2）
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电机检测与故障分析（知豆D2）
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电机检测与故障分析（EV200）
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驱动电机的结构原理-三相异步电机原理
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驱动电机的结构原理-三相异步电机原理
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驱动电机的结构原理-三相异步电机原理
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一、直流电动机的分类
直流电动机分为绕组励磁式直流电动机和永磁式直流电动机。在电动汽车所采用 的直流电动机中，小功率电动机采用的是永磁式直流电动机，大功率电动机则采用绕 组励磁式直流电动机。
绕组励磁式直流电动机根据励磁方式的不同，可分为他励式、并励式、串励式和 复励式4种类型。
1．他励式直流电动机 他励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组无连接关系，而由其他直流电源对励磁
绕组供电，因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。 他励式直流电动机在运行过程中励磁磁场稳定而且容易控制，容易实现电动汽车
的再生制动要求。当采用永磁激励时，虽然电动机效率高、重量轻和体积小，但由于 励磁磁场固定，电动机的机械特性不理想，难以满足电动汽车起动和加速时的大转矩 要求。
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第二节 直流电机驱动系统
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第二节 直流电机驱动系统
二、直流电动机的工作原理
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第二节 直流电机驱动系统
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第二节 直流电机驱动系统
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第二节 直流电机驱动系统
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第二节 直流电机驱动系统
三、直流电动机的调速
1．调压调速 由式可知，在负载转矩T和磁通量不变时，降低电枢电压，可以降低转速，
从而得到一系列平行的机械特性，如图所示。但只能在额定电压以下进行调速。 其优点是：可平滑调速，控制方便；机械特性硬，稳定性好；调速范围大，可 达6～10倍。
直流电机驱动系统即由直流电源供给电机的驱动系统，交流电机驱动系统即由交流电源供给电
机的驱动系统。
电机是电动汽车驱动系统的核心部件，其性能的好坏直接影响电动汽车驱动系统的性能，
特别是影响电动汽车的最高车速、加速性能及爬坡性能等。
电动汽车驱动系统对于电机有以下要求：

（2）环境适应性 直流电动机作为新能源汽车的驱动电机时, 与在室外使用时
的环境大致相同, 所以要求在设计时充分考虑密封的问题, 防止 灰尘和水汽侵入电动机, 另外还要考虑电动机的散热性能。
（3）抗振动性 由于直流电动机具有较重的电枢, 所以在颠簸的路况行驶时,
车辆振动会影响到轴承所承受的机械应力, 对这个应力进行监 控和采取相应的对策是很有必要的。 同时由于振动, 很容易影 响到換向器和电刷的滑动接触, 因此必须采取提高电刷弹簧预 紧力等措施。
3.电机及分类
4.驱动电机主要性能指标及特点 （1）主要性能指标
（2）各种驱动电机的基本性能比较
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
5.电机中所用的材料
电机中使用的材料主要包括:导电材料、导磁材料、绝缘 材料、结构材料等。导电材料为紫铜线、铝线，用于制成电 机绕组。导磁材料主要是0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成 电机磁路。绝缘材料用来把导电体之间、导电体与铁磁体之 间绝缘开来，绝缘等级与允许温度对应关系如表4-3所示。结 构材料是制造电机所需要的其它金属材料。
4.2 直流电机
直流电机由于存在调速性能好、过载能力强、控制简 单等优势，曾在调速电机领域独占鳌头，20世纪70年代前， 对调速性能要求较高场合均采用直流电机。也是电动车辆 应用最早较广泛的电机。但由于存在换向火花、电刷磨损 及电机本身结构复杂等问题，随着交流变频调速技术发展， 交流调速电机后来居上。目前城市无轨电车和电动叉车等 场合还较多采用直流驱动系统虽直流电机应用在逐年减少， 但它包含了电力调速系统最基础的理论，即仍有必要来分 析讨论。并对由蓄电池提供直流电源的车辆，也有可能设 法以适当简化驱动器来降低成本。
（4）易磨损 由于存在电刷、 换向器等易损件, 所以必须进行定期维护

前轴距离；b 质心距后轴距离；可以由 f 线组和 r 线组做出 I 曲线，如图 10-2 所 示。
图10-2 不同地面附着系数下的f线组和r线组
图 10-2 不同地面附着系数下的 f 线组和 r 线组
2）系统的控制策略 以保持汽车的方向稳定性和能量回收最大化为前提，开发了一种新的制动能量 回收系统，其结构，如图11-3所示。此系统采用并行系统，即不改变原有机械制 动系统制动力的条件下，由整车电动机(也作驱动电机使用)提供一定的制动扭矩 于前驱动轮上，在不影响制动过程的条件下完成制动能量回收。
根据以上分析，电机作为发电机运行时，力矩与电机转速满足如下关系
Tm
Tc n Pc 9550 n
3880 n 3880
(10-16)
式中 Tm ——电机力矩（Nm）；
Tc ——常值力矩（Nm），表示额定力矩或峰值力矩； n ——电机转速（rpm）;
Pc 一一与 Tc 对应的常值功率((kW)，表示额定功率或峰值功率。
对于前轮驱动电动轿车，只能通过前轮电机制动回收部分整车制动能量，而后轮 始终为摩擦制动。
(1)若Tmmax>Tb，则前轮制动力矩的需求全部由电机再生制动提供，此时前轮 处于纯电机再生制动模式；
(2)若Tmmax<Tb，则前轮制动力矩的需求由电机再生制动和摩擦制动共同产生，此时前轮处于复合制 动模式。其中，摩擦制动力矩(Tmech)为前轮制动力矩和电机最大制动力矩的差值，即：Tmech = Tb一 Tmmax。此即为并行制动控制策略。
f线组：指后轮没有抱死，在各种 值路面上前轮抱死时的前、后地面制动力关 系曲线。
Fxb2 ((L h0 ) / h0 )Fxb1 Gb / h0 Fxb1 Fz1 / L(Gb Fxbh0 )

图 11-4 能量回馈单元框图
（6）温度采集卡
本测试系统的测试过程中，需要采集电机绕组温度，水冷系统出水温度、 进水温度等
图 11-5
USB4718 温度采集卡
2）测试平台功能 以上所有设备与仪器共同构成了本电机测试系统的硬件平台，这
些仪器设备共同协作完成系统需要的各项参数的采集与计算，硬件平台 实现的功能可以分为控制与测量两部分。
（1）数据采集卡 数据采集卡的作用是将传感器采集到的模拟信号经过转换之后，编程计算机 可以识别与处理的数字信号。
（2）扭矩传感器 在测试系统中，需要测量驱动电机和负载电机的转速和转矩，这两个参数是 计算电机输出功率的重要参数。
（3）电机驱动器 电机的驱动器由变流器和变频器组成，由于未来的电动汽车应用中需要将驱 动电机的供电改换为电池，需要利用100节3.3V的锂电池作为电源供电。
2）电磁兼容试验
驱动电机系统的电磁兼容包括电磁辐射发射和电磁辐射抗干扰性。电磁 辐射发射的测量参考GB 18655中的第13章，具体限值参考GB 18655第14章 表10和表11中的规定。电磁辐射抗干扰性的测量参考GB／T17619，该标 准规定了4种测试方法及其相对应的抗干扰性电平限值。
3）耐振动试验 根据电机及控制器的实际安装部位，参照ISO16750—3，选取相应的试 验方法和要求进行试验。 试验后电机及控制器应无零部件脱落。 4)电动汽车对电机性能要求 电动汽车对电机驱动系的特性要求主要取决于三个方面：驾驶员对电动汽 车驾驶性的要求、车辆的性能约束以及车载能源系统的性能。
（5）LabVIEW为虚拟仪器 LabVIEW为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境，利用它，设计
者可以像搭积木一样轻松组建一个测量系统和设计自己的显示界面，而无需进行任何 繁琐的计算机文本代码的编写。