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电动汽车驱动系统_图文
电动汽车驱动系统_图文
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故障机理主要是过热,过压,过流(长时间过 流运行,短路超时,过高的di/dt)。
母线支撑电容故障模式及机理
故障模式 防爆阀打开
容量下降
损耗上升 短路
故障机理
过电压,过电流,施加交流电,频繁充 放电,电压反向 过电压,过电流,频繁充放电,施加交 流电,电压反向,使用温度过高,长时 间使用 过电压,过电流,电压反向,频繁充放 电,施加交流电,使用温度过高,长时 间使用
背景和意义
电动汽车清洁无污染、能量效率高、低噪声的优 点,使得电动汽车的产业化势不可挡。在电动汽 车的产业化过程中,企业和客户都非常关注电动 汽车的可靠性。
驱动系统是电动汽车的关键部件之一,其可靠性 研究不但能够获得电动汽车电机驱动系统的可靠 性指标,为行业提供经济适用的可靠性考核方法 和可靠性考核标准,能够大力促进我国电动汽车 的产业化,加快我国电动汽车的快速发展。
薄弱环节冗余设计
可靠度为:
提高可靠性的办法
降额设计
冗余设计
热设计
EMC设计
加速寿命试验
(a)恒定应力试验
(b)步进应力试验
(c)序进应力试验
阿伦尼斯(Arrhenius)模型:
寿命特征:
阿伦尼斯(Arrhenius)模型:
加速系数(AF):
逆幂率(inverse power model)模型
背景和意义
兴起和 发展时期
萌芽 阶段
20世纪40年代。1943年电子管研究委员会成立,专门研究电子管的可 靠性问题
20世纪50年代 。1952年美国国防部成立了电子设备可靠性咨询组(AGREE)。于1957 年发表了《军用电子设备可靠性》的研究报告,标志着可靠性已成为一门独立的学科, 是可靠性工程发展的重要里程碑。
功率密度较高 电机尺寸小、体积小 转子结构简单,稳定性好
结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠 低转矩脉动、低噪声、不需要位置传感器、转速极限高 矢量控制调速技术比较成熟 驱动电路复杂,成本高
电动汽车驱动系统的结构
电动汽车驱动系统结构图
驱动系统故障模式及故障机理分析
电动汽车驱动系统主电路拓扑图
驱动系统故障模式及故障机理分析
电动汽车驱动系统_图文.ppt
背景和意义
在现代工业发展过程中,人类科 技迄今共经历了4次科技热潮:
1835-1836年的运河投资热
1922-1929年的铁路
1985-2000年的计算机网络热
2004-2008年的太阳能
通用汽车百年庆典,雪佛兰VOLT 电动车量产版全球首发
而由于能源危机和环境污染问题,电动汽 车即将成为新的一代科技明星。
附着金属微粒,铝箔引线毛刺,氧化膜 劣化
漏电流上升
氧化膜缺陷,使用温度过高,长时间使 用,电解液量不足
开路
冲击,振动,粘接剂涂层剂的使用,引 线和铝箔接触不好
电容故障表象图
DSP控制电路故障模式及机理
故障模式
故障机理
电阻等无源元件短路、开路 老化,过应力,装配不合理,电路板受到冲击和振动
集成电路坏
老化,过应力
连接线断线,碰壳等
焊接质量差,安装不当,冲击,振动
焊接点接触不良
工艺不良,助焊剂差,焊盘太小
电连接器松动脱焊
焊接质量差,安装不当,冲击,振动
驱动系统故障树建立
电机轴承
B
定转子绕组 A
电动汽车驱动系统 薄弱环节
C IGBT
控制电路 E
D 母线电容
定转子绕组寿命
绝缘寿命与绝缘温度的关系
寿命特征:
逆幂率(inverse power model)模型
加速系数(AF):
简单多应力复合模型
寿命特征:
简单多应力复合模型
加速系数(AF):
温度应力下的加速系数曲线
二元一次函数插值法
双应力插值网络
多应力加速模型(考虑耦合作用)
寿命特征:
插值法拟合下的寿命曲线
多应力加速模型(考虑耦合作用)
加速系数(AF):
插值法拟合下的加速系数曲线
回馈制动对驱动系统可靠性的影响
典型都市工况下驱动能与制动能比较
电动汽车制动方式
1
回馈制动:在这种 模式下,对车辆的 减速度要求较低, 并且要求动力电池 SOC值低于其最大 运行阈值;
2
紧急制动:车辆要 求快速制动,制动 力由机械制动和驱 动电机同时提供
变质腐蚀 断线
油,药污损,浸蚀,运行电压过高,冲击电压 冲击和振动,焊接点接触不良而过热,热胀冷缩
(a) 过负载下定子损伤
(b) 机械疲劳造成定子开裂
转子故障模式和故障机理
转子绕组:和定子绕组相同
转子磁钢:主要包括磁钢脱落和退磁两个方面。其中:磁 钢脱落的主要故障机理是粘接工艺欠佳,粘接剂选择不当 ,结构不合理。退磁的主要故障机理是高温,振动,电枢 反应,选用磁钢不当等
电流连续或间断通过轴承
配合太紧,装配面不匀称,轴承座变形,旋转爬行,过载,运行期 间与轴承座、轴肩碰撞或摩擦,装配过程锤击,润滑不充分,转速 过高或惯性过大静载过大,装配程序不当,锤击组装
轴承内有湿气,水分和配液
IGBT故障模式和故障机理
静电放电及相关原因引起的失效占很大的比例
其他主要故障有短路,击穿和烧坏
转子本身故障:一方面,转子中的高频电流引起集肤效应 使转子电阻上升,使转子铜耗增大,造成磨损严重;另一 方面,如果有缺陷,变形,外力冲击,设计和工艺不合理 ,会使转子发生断条。
(a) 振动造成绕组线圈损坏
(b) 转子断条
电机故障模式和故障机理
轴故障模式及机理
故障模式 磨损 压痕 电蚀
开裂与断裂 腐蚀
3
能耗制动:动力电 池的SOC值达到可 充电最大的阈值, 为了保护电池,停 止制动能量对动力 电池充电和反馈。
回馈制动对驱动系统可靠性的影响
电动汽车主要省油技术项目比较
源自文库
回馈制动对驱动系统可靠性的影响
回馈制动系统结构图
全面发 展阶段
20世纪60年代。20世纪60年代是可靠性工程全面发展的阶段,也是美国武器系 统研制全面贯彻可靠性大纲的年代。
国际化 发展阶段
70年代以后。1977年国际电子技术委员会(IEC)设立 了可靠性与可维修性技术委员会
可靠性研究 发展四阶段
可靠性指标
可靠度: 平均寿命: 失效率:
串-并联模型 并-串联模型
电动汽车驱动系统可靠性模型
驱动系统的可靠性框图:
驱动控制电路可靠性框图 电机可靠性框图
电动汽车驱动系统可靠性设计
系统失效率为:
可靠度为:
驱动系统完全冗余设计
系统失效率为:
驱动控制部分并联
可靠度为:
电动汽车驱动系统可靠性设计
系统失效率为:
电机部分并联
可靠度为: 系统失效率为:
背景和意义
驱动系统可靠性研究现状
电容
功率器件
电机
轴承
分析电动汽车驱动系统的故障模式及其故障机 理,建立驱动系统故障树
分析电动汽车驱动系统薄弱环节的可靠性影响因素, 对可靠性几种建模方式进行了介绍,分析了驱动系统 的可靠性模型,采用冗余设计来进行了可靠性设计
分析电动汽车驱动系统单应力加速模型,建立 多应力加速模型,利用二元一次插值法来估算 多应力加速模型参数
故障机理
电磁力波频率与电动机的固有频率一致的时候,电动机会发生共 振;轴承中有粗糙研磨物,研磨造成振动;有惯性力作用于保持 架上,润滑不良;因过载、内圈膨胀或外圈收缩而使间隙不当, 轴承不圆使内外圈变形,有压痕,装配偏心或加载偏心,内外圈 与轴肩、轴承孔的配合松动造成旋转爬行,转速过高
轴承静止时振动,磨粒的存在
a) 不同绝缘等级基本失效率曲线
b) 不同环境温度下的基本失效率曲线
失效率:
基本失效率:
滚动轴承的寿命:
IGBT的功率循环次数: 直流母线电容:一般采用大容量的电解电容,主要影响 因素有母线电压,环境温度以及纹波电流。 控制电路可靠性影响因素:温度和电应力(电压,电流)
可靠性模型
并联模型
串联模型 混联模型
驱动系统的组成
定子故障模式和故障机理
定子绝缘故障: 主要是电压过高,绝缘局部击穿。 定子铁芯故障: 主要是由于铁芯松动 定子绕组故障:
故障模式 绝缘电阻下降
绝缘老化
故障机理 受潮,积灰,绝缘材料有缺陷 连续高温,频繁启动,过载,冷热循环
绝缘击穿
材料缺陷,尖峰电压,线圈移动(由于电磁力、冲击、 振动)造成的绝缘损伤,积灰焊接点被助焊剂腐蚀
对电动汽车回馈制动的基本原理和研究现状进 行了介绍,并对回馈制动对整个驱动系统可靠 性的影响进行了分析
主要研究内容
电动汽车驱动系统分类
直流电动 驱动系统
结构简单 优良的电磁转矩控制特性 城市无轨电车上广泛应用 重量和体积也较大
感应电机 驱动系统
永磁无刷 电机系统
新一代牵引 电机系统
开关磁阻电机驱动系统 高密度、高效率 低成本、宽调速
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