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1、授课教师：课程名称：新能源汽车故障诊断 驱动电机系统故障诊断驱动电机系统故障诊断学习目标 掌握驱动电机系统的组成。 掌握电机控制器各工况工作工程。 熟知驱动电机控制策略。 熟知驱动电机冷却系统的作用、 构成及原理。 掌握驱动电机系统主要部件的结构、 原理及检测方法。第6章 驱动电机系统故障诊断6.1 驱动电机系统1.驱动电机系统组成 驱动电机系统由驱动电机（DM）、电机控制器(MCU)、机械传动装置构成，通过高低压线束、冷却管路，与其他系统作电气和散热连接北汽EV200 15款驱动电机系统组成驱动电机系统：通过有效的控制策略将动力电池提供的直流电转化为交流电，实现电机的正转和反转控制。在制动/
2、减速时将电机发出的交流电转化为直流电，将能量回收给动力电池。2. 电机控制器主要功能：1.整车控制器 () 根据驾驶人意图发出各种指令，电机控制机器响应并回馈，实时调整驱动电机输出，以实现整车的怠速、 前行、 倒车、 停车、 能量回收以及驻坡等功能。 2.通信和保护实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统和整车安全可靠运行。北汽EV200电机控制器 在北汽新能源 系列的纯电动车中， 电机控制器通过 网络与整车控制器通信，通过电压传感器监测直流母线及相电流， 并且能够采集 和电机温度，通过控制电路控制和反馈给 模块，为旋变传感器励磁供电，对旋变的信号进行检测与分析。3. 电机控制器组成电机控制系
3、统（图6-2）由功率变换器（IGBT）、控制主板、传感器、超级电容、放电电阻、接口、冷却水管等组成。图6-2（1）控制主板：主要包括控制芯片及外围电路、A-D采样电路、IGBT驱动和保护电路、位置检测电路等几部分。中央控制模块，对外，通过对外接口，得到整车上其他部件的指令和状态信息。对内，把翻译过的指令传递给逆变器驱动电路，并检测控制效果。（2）传感器：使用以下传感器用来提供驱动电机的工作信息，包括：电流传感器（图6-3）：用以检测电机工作的实际电流（包括母线电流、三相电流）（图6-3）电流传感器 电压传感器：用以检测供给电机控制器工作的实际电压（包括动力电池电压、12V蓄电池电压） 温度传感
4、器（图6-4）：用以检测电机控制器的工作温度（包括IGBT模块温度、电机控制器板载温度）图 比亚迪 驱动电机温度传感器 （3）功率变换器模块：功率转换器主电路采用三项全桥逆变电路，对电机电流电压进行控制，其功率开关器件一般采用IGBT（图6-5）。图6-5IGBT模块（4） 驱动控制模块:将中央控制模块的指令转换成对逆变器中可控硅的通断指令，并作为保护装置，具备过压、过流等故障的监测保护功能。2.电机控制器的工作原理（1）指令和响应电机控制器，调速指令的触发信号，来自整车控制器的命令。整车控制器一方面体现驾驶员意图，另一方面从安全和车辆电气系统运行状态出发，评估对驾驶员的响应是否合理，最后执行
5、或打折执行。驾驶员的意图通过加速踏板和制动踏板表达并传递给整车控制器。整车控制器给到电机控制器的具体指令，与动力系统相关的有以下几种，加速，减速，制动，停车。电机控制器做出的响应为，改变电源电流、电压、频率等参数，使得电机的运行状态符合整车控制器的需要。（2）闭环电机控制器自身是一套闭环控制系统，调节目标参数，检测受控函数值是否到达预期，若不相符，反馈给控制器，再次调整目标参数。经过反复的闭环反馈，实现高精确度的控制。整车控制器采集车速传感器，各个电气部件温度、电压等重要状态参数，判断整车的综合情况，是否符合驾驶员提出的需求，同时不妨碍整个系统的健康状况。这个过程，是整车层面的闭环控制。电机控
6、制器的工作原理图6-7纯电动汽车动力系统电气图 蓝色线是低压通讯线，红色线为高压动力线。最右侧第一列第二个是电机控制器。与电机控制器有强电连接关系的部件是电机和动力电池包；电机控制器连接到整车的CAN总线上，可以与整车控制器，数字仪表板，动力电池管理系统通讯，交换数据，接受指令。（3）改善的方向一方面，好的控制策略，会对控制精度和响应速度产生重要影响，因而是研发人员投入精力的重要领域。另一方面，随着各个部件控制运算能力的提升，电动汽车的驾乘感受将越来越“随心所欲”。3.驱动电机控制策略 根据电动车的PRND四个档位，加速踏板和制动踏板信号，将电动车的运动状态分为五种运行模式，分别是：起车模式、
7、正常驱动模式、失效保护模式、制动能量回馈模式和空档模式。整车控制器采集钥匙信号、加速踏板、制动踏板、档位信号和其他传感器信号，然后提取出有效值，整车控制策略通过对这些有效值判断、计算，取相应的驱动模式，然后向电机控制器发送整车期望转矩指令。驱动使能标志位置一则进入整车驱动状态，它置一的条件是钥匙打到START状态，整车控制器通过自检，电机控制器通过自检，电池管理系统通过自检，无严重故障，档位处于R/N/D档。然后整车控制器根据加速踏板、制动踏板、档位信号和车速分别进入对应的驱动状态。(1) 起车模式 起车模式是指车辆已经启动，档位挂在驱动档，加速踏板开度为零的运行模式。此时整车控制器发送给电机
8、控制的转矩指令为起车小转矩。该转矩的主要功能是：如果在平直路面上行驶，可以使车辆保持一个恒定起车速度前行，如果在坡道上则防止起车时车辆倒溜。在起车模式下车辆最终以恒定速度行驶，并且车速有一个最大值，若车速超过这个值，则电机停止转矩的输出。(2)正常驱动模式 正常驱动模式是指车辆处于驱动使能状态下，整车动力系统能够无故障运行保障车辆正常行驶。此时整车控制器根据加速踏板开度、车速和电池SOC值来确定发送给电机控制器的转矩指令，当电机控制器从整车控制器得到扭矩输出的指令时，将动力电池提供的直流电，转化成三相交流电，驱动电机输出扭矩，通过机械传输来驱动车辆。正常驱动模式下有一个最大行驶车速。正常驱动模
9、式（图6-9）(3)制动能量回馈模式（图6-10） 制动能量回馈模式也成为发电模式，是车辆在运行时制动信号有效，并且车速大于一定值，则对车辆的动能进行回收。由于电机既可以作电动机，又可以作发电机。此时电机输出制动力矩，有效的吸收车辆刹车时的动量，电机将车子的动能转化为电能，然后三相正弦交流电通过电机控制器转化为直流电，产生的电能给动力电池充电，增加能量的利用率，故电动汽车具有制动能量回馈的功能。(图6-10)制动能量回馈模式(4) 空档模式:档位信号在N档时，整车控制器发动给电机控制器的转矩指令为0，电机处于自由状态，电机随着驱动轮转动。传统的燃油汽车由于发动机不能带负载起动，在塞车或等候交通
10、绿灯时，需要让发动机怠速转动。这部分燃油不做功，降低了整车的能量利用率，同时怠速时，燃油燃烧不充分，还造成了比较大的环境污染，而电动汽车就不存在这方面的缺点。(5)失效保护模式:为整车动力系统出现非严重故障时，车辆还可以继续行驶而不需要紧急停车。整车控制器根据故障等级，对需求转矩进行限制输出。4.驱动电机的冷却系统检测纯电动汽车驱动电机和电控装置在工作中会产生很多热量，热量不及时散热会影响驱动电机性能，降低电机寿命；严重地可能会引起线路短路造成车辆自燃。驱动电机系统的主要热源为电机及电机控制器，冷却系统采用水冷的方式。在电动机及电机控制器内置水路管道，冷却液流经电动机和电控器带走热量，进入水箱
11、散热器散热。电动风扇与散热器集成安装，加速散热。VCU风扇控制器通过分布在电机、IGBT和基板的温度传感器 ，实时监测温度，并同步调整冷却风扇运行状态（启动、低速、高速、停止）。经过散热的冷却液在无刷磁力水泵的作用下 ，再进入驱动电机和电控装置带走热量 ，以此循环往复，始终确保驱动电机在最佳的温度范围中工作。（图6-11）驱动电机的冷却系统原理图北汽EV160的冷却系统布置北汽EV160温度控制策略北汽EV160的冷却系统检测1、冷却回路检测检查冷却液液位，检查水管连接处有无渗漏，检查水泵和散热水箱有无渗漏。检测冷却管路是否堵塞或者堵气。在确认冷却液正常及无泄漏后，再检测电机低压信号插头是否松
12、动或者退针。再开始对两个温度传感器进行测量。在T35图（6-12）插件中，找到9号、10号、20号、21号这四个端子，检测其电压是否符合标准。图6-12电机控制器线束端35芯插件T352、冷却泵控制检测 冷却泵一般都是由冷却水泵继电器控制进行控制。在121插件B中找到115号端子，正级电压，负极搭铁，检测其电压是否符合标准。冷却泵控制电路检测保险丝MB02电阻是否正常。图6-13整车控制器线束端121芯插件B图6-14冷却泵控制电路一、驱动电机系统绝缘测试 北汽EV系列的驱动电机为永磁同步电机，具有效率高、体积小、重量轻及可靠性高等优点。为了保证安全，驱动电机必须有良好的绝缘性，绝缘测试步骤如
13、下：（1）检测所需工具：绝缘手套、绝缘鞋、兆欧表FLUKE1587C。6.2 驱动电机系统测试（2）检测步骤：1.确认绝缘鞋和绝缘手套、绝缘帽正常。2.将低压蓄电池负极断开，并在负极接口处用胶带粘住。3.拔掉高压盒电机控制器输入插头4.用万用表确认所测部位没有高压5.正确选择兆欧表量程：500V6.检查兆欧表是否完好：将L端与E端短接，按下TEST ON-OFF指针到0；将L端与E端分开悬空，按下TEST ON-OFF指针到无穷大。否则更换兆欧表。7.将兆欧表黑表笔接于车身，红表笔逐个测量正负极端子。（3）标准值：电机正负极输入端子与车身（外壳） 绝缘电阻值100M二、驱动电机三相测试北汽EV
14、160老款的永磁同步电机（C33DB）的主要零件（1）检测所需工具：绝缘手套、绝缘鞋、兆欧表FLUKE1587C。（2）检测步骤：1. 确认万用表、兆欧表正常，电机外观及线路正常表面无损坏2. 正确选择兆欧表量程：500V3. 用万用表测量相与相之间电阻：u-v之间、U-之间、V-W之间4. 兆用欧表测量相与车辆接地端电阻：U相与地端、V相与地端、W相与地端。（3）标准值：三相与车辆接地端电阻：100M电机正负极输入端子与车身（外壳） 绝缘电阻值100M三、电机旋变信号测试 在电机定子上装有旋变传感器，是一种输出电压随着转子转角变化的器件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅
15、值与转子转角成余弦函数关系，或者保持一定比例关系。旋变结构组成励磁绕组：产生固定频率的磁场。正弦绕组：感应励磁绕组的磁场并产生正弦信号。余弦绕组：感应励磁绕组的磁场并产生余弦信号。不同极队数的定子铁芯，三种绕组都缠绕在其上。电机旋变信号波形三、电机温度传感器测试 在电机定子上装有温度传感器,通常采用负温度下温度传感器，用来监测定子绕组温度，避免温度过高造成组件损坏。比亚迪E5温度传感器 在北汽EV200车型中，驱动电机系统状态和故障信息会通过整车CAN网络上传给整车控制器（VCU)，传输通道是两根信号线束，分别是电机到控制器的 19PIN插件和控制器到VCU的35PIN插件。北汽EV200驱动电机低压插件19PIN控制器到VCU的35PIN插件接口定义
