电动汽车维护与检修模块13检修驱动电机系统

项目十三 检修驱动电机系统电动汽车维护与检修基础篇-电动汽车维护与检修准备工作项目引入 陈先生准备驾驶他的北汽新能源EV160电动汽车出门，他点火时发现仪表盘可以显示，但驱动电机没有反应。尝试了几次，都无法启动驱动电机，仪表盘一直显示“驱动电机故障”。思考：驱动电机无法启动，车辆就无法行驶，对于此类故障，应如何检修？CONTENTS驱动电机系统的结构01.驱动电机系统的工作模式02.驱动电机系统故障分级03.驱动电机系统常见故障分析04.PART 01驱动电机系统的结构1.0驱动电机系统的组成 电动汽车驱动电机系统主要由驱动电机、MCU、冷却系统和减速器总成等部件组成，如图13-1所示。VCU根据驾驶员意图发出各种指令，MCU对相关指令作出响应和反馈，实时调整驱动电机的运行状态，以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡制动等功能。MCU还实时进行状态和故障检测，保障驱动电机系统安全可靠运行。图13-1 驱动电机系统的组成1.1驱动电机 驱动电机将动力电池提供的电能转化为机械能来驱动车辆行驶。此外，驱动电机还具有发电机的功能，即把车辆滑行和制动时的机械能转化为电能，存储于动力电池上。电动汽车常用的驱动电机有无刷直流电机、永磁同步电机、异步电机等类型。如图13-2所示为北汽新能源EV150/EV160电动汽车采用的永磁同步电机。图13-2 永磁同步电机1.2MCU MCU（见图13-3）是驱动电机系统的控制中心，主要由控制主板、IGBT模块、超级电容、放电电阻、电流感应器、接口电路和壳体水道等组成。MCU主要负责扭矩控制、传感器信号采集处理、辅件驱动和控制等。此外，MCU内含故障诊断电路，当系统出现故障时，MCU会上报故障并存储故障码。图13-3 MCU1.3冷却系统 冷却系统主要由散热器、水泵、膨胀水箱及水管等组成，如图13-4所示。其中水泵是冷却系统唯一的动力元件，用以保证冷却液在整个系统中循环流动。水泵将低温冷却液泵进发热元件，发热元件通过热传导将热量传递给冷却液，低温冷却液吸热后变成高温冷却液，随后进入散热器，与散热器中的冷空气进行热交换，高温冷却液变冷后再通过水泵继续循环工作。1.3冷却系统图13-4 冷却系统1.4减速器总成 减速器主要用于降低转速、增大扭矩，从而有效改变整车的传动比，以适应电动汽车不同工况下的行驶需求。减速器通常安装在机舱动力总成支架下方，与驱动电机连在一起，如图13-5所示。图13-5 减速器总成PART 02驱动电机系统的工作模式2.0驱动电机系统的工作模式 驱动电机系统的工作模式主要包括驱动模式和制动能量回收模式两种，如图13-6所示。图13-6 驱动电机系统的工作模式2.1驱动模式 当驱动电机系统处于驱动车辆行驶状态时，MCU接收VCU的控制信号，将输入的高压直流电逆变成电压、频率均可调的三相交流电后输入驱动电机，驱动电机通过减速器总成进行机械传输以驱动车轮，使车辆行驶。2.2制动能量回收模式 当车辆正常行驶时，电动汽车上的驱动电机发挥其电动机功能，将电能转化为机械能；而在松开加速踏板或踩下制动踏板时，驱动电机发挥其发电机功能，将部分机械能转化成电能，产生三相交流电，由AC/DC变换器、DC/DC变换器整流变换为直流电储存到动力电池中。PART 03驱动电机系统故障分级3.0驱动电机系统故障分级 当驱动电机系统发生故障时，MCU将故障信息上报VCU，VCU根据自身状态以及驱动电机、动力电池、DC/DC变换器等部件的状态进行综合分析，判断整车的故障等级，据此采取响应，并通过仪表盘显示故障信息。使用诊断仪读取MCU报出的故障信息，即可进行相应的检修。根据故障对整车危害程度的不同，驱动电机系统故障分为四个等级，如表13-1所示。表13-1 驱动电机系统故障分级3.0驱动电机系统故障分级表13-1 驱动电机系统故障分级（续）PART 04驱动电机系统常见故障分析4.1驱动电机温度信号异常 驱动电机内部一般有两个温度传感器，以便于MCU检测和对比。打开点火开关，MCU接收温度传感器传送的电压信号，并据此判断电机内部温度是否正常。如果MCU检测到驱动电机内部的温度过高，将上报VCU，VCU通过继电器控制散热风扇全速运转，以降低驱动电机内部的温度。如图13-7所示，温度传感器通过信号电路和搭铁电路与MCU连接。正常情况下，温度传感器的电阻值应远大于2，输出电压应不超过4.2 V。当温度传感器的信号电路和搭铁电路连接异常或其自身损坏时，MCU会报出“驱动电机温度信号异常”的故障信息。此时应检查温度传感器及其连接电路，如有异常，则维修或更换故障部件。4.1驱动电机温度信号异常图13-7 温度传感器的连接电路4.2旋变信号异常 旋变由励磁绕组、正弦绕组、余弦绕组组成，其连接电路如图13-8所示。MCU通过励磁绕组输出振幅、频率恒定的正弦波；通过正弦绕组和余弦绕组产生的波形判断驱动电机转子的位置、速度和方向。励磁绕组的电阻值一般为，正弦绕组和余弦绕组的电阻值一般为。当旋变的绕组及其电路出现断路、虚接，内部绕组电路搭铁或相互短路时，MCU会报出“旋变信号异常”的故障信息。此时应检查旋变内部绕组及其电路，如有异常，则维修或更换故障部件。4.2旋变信号异常图13-8 旋变的连接电路4.3MCU电源电路故障 MCU电源电路如图13-9所示。将点火开关置于ON挡，VCU控制电机继电器动作，闭合继电器触点，接通低压蓄电池正极与MCU端子1的连接线路，MCU通过端子24搭铁，构成闭合回路，低压蓄电池开始为MCU供电。如果MCU电源电路发生故障，MCU将无法工作，驱动电机也无法启动。对于此类故障，应先确认低压蓄电池电压是否正常，然后检查电机继电器及其电源电路、MCU的电源电路及搭铁电路等是否正常，如有异常，则维修或更换故障部件。4.3MCU电源电路故障图13-9 MCU电源电路项目实施 一、工作准备 （1）学生以34人为一组进行分组，各组准备电动汽车MCU电路图、接线端子分布图、驱动电机系统常见故障现象及检修方法等资料。（2）结合项目导入中北汽新能源EV160电动汽车的故障现象，老师通过电动汽车教学平台或实车平台设置驱动电机无法启动故障，各组学生针对该故障完成检修作业。二、实施内容 （1）检查低压蓄电池，其电压应大于11.5 V；正、负接线柱应连接牢固，无脏污、破损。如果低压蓄电池的电压异常，应对其充电或更换低压蓄电池。项目实施 二、实施内容 （2）将点火开关置于ON挡，检查动力电池总正、总负继电器是否发出“咔嗒”响声。如果动力电池总正、总负继电器无动作，则检修动力电池系统；如果动力电池总正、总负继电器正常动作，则进入下一步。（3）查看仪表盘的显示是否正常。仪表盘上动力电池电量不应为0，否则检修动力电池系统；仪表盘应完整显示挡位信息，否则检查挡位传感器及其电路是否正常。项目实施 二、实施内容 （4）查看仪表盘上有无故障信息，如果有故障信息，则连接诊断仪，读取故障码，根据故障码信息进行相应的诊断、维修；否则，检查VCU电源电路、BMS唤醒电路、MCU电源电路及CAN总线网络是否正常。（5）检查旋变及其电路，方法如下。关闭点火开关，拔下旋变的线束插接器。打开点火开关，检测旋变励磁绕组、正弦绕组和余弦绕组的波形，正常应如图13-10所示。项目实施图13-10 旋变各绕组的波形项目实施 二、实施内容 （5）检查旋变及其电路，方法如下。关闭点火开关，检测旋变各绕组的电阻值，如果绕组的电阻值与标准值不符，则表明旋变存在内部故障，应更换旋变。如果波形、电阻值均正常，则进入下一步。检查旋变与MCU之间的线束及插接器是否正常。线束两端对应端子之间应导通，否则更换线束及插接件。如果以上检查均正常，则转入步骤（6）。项目实施 二、实施内容 （6）将点火开关置于ON挡，检测驱动电机温度传感器的电压，正常应小于4.2 V。如果检测结果异常，则关闭点火开关，检测温度传感器的电阻值，正常应为1200 k。如果温度传感器的电阻值小于2，则表明温度传感器存在内部短路；如果温度传感器的电阻值为，则表明温度传感器存在内部断路。这两种情况下均需更换温度传感器。项目实施 二、实施内容 （7）检查驱动电机。检查驱动电机的高、低压线束连接是否正常，如有异常，则重新连接或更换线束及插接件；检查驱动电机，如果驱动电机已损坏，则更换驱动电机总成，方法如下。关闭点火开关，拔下钥匙，断开低压蓄电池负极电缆。拧开散热器盖，将车辆举升至合适位置。拆下机舱挡板，排放冷却液，排空后断开驱动电机上的进出水管路。项目实施 二、实施内容 拔下驱动电机上的低压线束，用专用工具拆下驱动电机的高压插头，然后拆卸车轮。拔下空调压缩机上的高、低压插接件，拆下驱动电机上的压缩机固定螺栓，将压缩机脱离驱动电机并固定。拆卸制动钳总成。将驱动轴从制动盘中取出，用撬棍将驱动轴从变速器中撬出，然后拔出左右两个驱动轴。项目实施 二、实施内容 拆卸驱动电机的固定螺栓，从车辆下方取下驱动电机和减速器总成。安装驱动电机和减速器总成，步骤与拆卸步骤相反。安装完成后，检查机械部件的固定情况和线路连接情况，添加冷却液，查看驱动电机是否有渗漏现象。如以上检查均正常，则重启车辆，检查车辆运行情况，查看故障是否排除。项目实施 三、项目评价 请老师按照学生的实际表现情况进行评价，并将评价结果填入表13-2中。项目实施表13-2 项目评价表谢谢