北汽E150EV驅動電機系統的結構與檢修

◆文/山東 劉春暉

一、驅動電機系統的組成

北汽E150EV電動汽車驅動電機系統包括驅動電機本體和驅動電機控制器，驅動電機主要由定子、轉子及其他部件組成。驅動電機系統的位置如圖1所示。

圖1 驅動電機系統的位置

二、驅動電機系統的工作原理

在驅動電機系統中，驅動電機的輸出動作主要靠控制單元給定的命令，即控制器輸出命令。控制器主要是將輸入的直流電逆變成電壓、頻率可調的三相交流電，供給配套的三相交流永磁同步電機使用，如圖2所示。驅動電機系統連接如圖3所示。

圖2 驅動電機系統的工作原理圖

圖3 驅動電機系統連接圖

三、驅動電機的技術參數及接口

1.驅動電機的技術參數

北汽E150EV電動汽車的驅動電機如圖4所示。驅動電機的技術參數見表1。驅動電機使用了一些傳感器來提供驅動電機的工作信息。這些傳感器包括旋轉變壓器和溫度傳感器。旋轉變壓器用來檢測電機轉子位置；溫度傳感器用來檢測驅動電機的繞組溫度。

圖4 驅動電機

表1 驅動電機的技術參數

旋轉變壓器簡稱旋變，是一種輸出電壓隨轉子轉角變化的信號元件。當勵磁繞組以一定頻率的交流電壓勵磁時，輸出繞組的電壓幅值與轉子轉角成正弦、余弦函數關系，或保持某一比例關系，或在一定轉角范圍內與轉角成線性關系，如圖5所示。

圖5 旋轉變壓器的工作原理

2.驅動電機低壓信號接口和高壓接口

驅動電機低壓信號接口和高壓接口如圖6、圖7所示，低壓信號針腳定義見表2。

圖6 驅動電機低壓信號接口

圖7 驅動電機高壓信號接口

表2 低壓信號針腳定義

四、驅動電機控制器

1.驅動電機控制器的功能

驅動電機控制器(MCU)是驅動電機系統的控制中心，它對所有的輸入信號進行處理，并將電機控制系統運行狀態的信息發送給整車控制器。驅動電機控制器內含功能診斷電路。當診斷出現異常時，它將會激活一個錯誤代碼，發送給整車控制器。

北汽E150EV電動汽車驅動電機控制器也是一種自動弱磁調速逆變控制器。驅動電機控制器箱內主要由以IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)功率模塊為核心的功率電路和以單片機為核心的微電子控制電路兩部分構成。可以將輸入的直流電壓變為可調的交流電壓和電流，給驅動電機等負載使用，機組采用水冷方式，需外配水循環——膨脹水箱等散熱設備。

驅動電機控制系統使用了如下傳感器來提供驅動電機的工作信息：

(1)電流傳感器，用來檢測驅動電機工作的實際電流(包括母線電流、三相交流電流)。

(2)電壓傳感器，用來檢測供給驅動電機控制器工作的實際電壓(包括高壓電池電壓、蓄電池電壓)。

(3)溫度傳感器，用來檢測驅動電機控制系統的工作溫度(包括模塊溫度、驅動電機控制器溫度)。

2.驅動電機控制器的技術特點

電機驅動系統軟件中除了正常符合車用的控制功能外，還加入了效率優化控制、最大功率限制、電池電壓變化的自適應控制等功能，以適應電動車調速范圍寬、過載功率與過載轉矩大、電池組電壓變化范圍大等對電機驅動系統的特殊要求。此外，還內置預充電電路，抑制輸入側的浪涌沖擊。系統提供了完備的保護功能：①直流電線過電壓/欠電壓保護；②驅動電機控制器輸出過流保護；③驅動電機過載保護；④驅動電機超速保護；⑤驅動電機/控制器過熱保護。

3.驅動電機控制器的位置和端口

北汽E150EV電動汽車驅動電機控制器的位置如圖8所示，驅動電機控制器端口如圖9所示，控制器信號接口如圖10所示。

圖8 北汽E150EV電動汽車驅動電機控制器的位置

圖9 驅動電機控制器端口

圖10 控制器的信號接口針腳編號

五、驅動電機系統的控制策略

1.驅動電機系統驅動模式

如圖11所示，整車控制器根據車輛運行的不同情況，包括車速、擋位、電池SOC值來決定TM電機輸出轉矩或功率。當TM電機控制器從整車控制器處得到轉矩輸出命令時，將動力電池提供的直流電能轉化成交流電能，以使TM電機輸出轉矩。此時TM電機輸出力矩驅動車輛。

圖11 驅動電機系統驅動模式

2.驅動電機系統發電模式

當車輛在溜車或制動的時候，電機控制器從整車控制器得到發電命令后，電機將處于發電狀態。此時電機會將車子動能轉化成交流電能。然后，交流電能通過電機控制器轉化為直流電，存儲到蓄電池中。

六、驅動電機控制器的檢修

1.檢修注意事項

(1)發生故障報警后，可按報警提示結合說明進行初步排查，若無明顯的絕緣破損和線路故障，可重新上電測試一次，當故障不再報警時可繼續運行，此時需要做好故障記錄，以備將來檢修時使用。若故障繼續報警，則需要通知維修人員進行檢修。注意：不要自行打開機殼或箱體，以免發生不必要的損失。

(2)即使電源已經切斷，控制器直流通路的電容器上仍然帶有危險電壓。必須斷電一段時間后(或采用專用放電工具放電)，確保直流輸入端子間的直流電壓低于36V后才允許進行相關作業。

(3)驅動電機和控制器裝車后，請不要觸摸驅動電機和控制器的高壓連接端。

(4)驅動電機及其控制器采取水冷方式，在工作過程中必須保證冷卻回路中不能出現氣泡、缺水、結冰等現象。冷卻液推薦采用乙二醇型防凍液，要求其冰點低于當地最低溫度5℃以上。

(5)電動車輛出現故障被拖車拖走維修時，必須保證該電動車輛變速器擋位處于物理空擋位置，實現電機軸與變速器輸入的物理連接脫離，避免驅動電機高壓發電造成系統損壞以及安全事故。

(6)系統使用前要熟悉手冊中所有的安全說明和有關安裝、操作和維護的規定，正確進行搬運裝卸、就位安裝和操作維護是實現系統安全及合理使用的可靠保證。

(7)驅動電機和控制器的金屬殼體及其散熱器在使用后有可能維持較高溫度，請勿停機后直接用手接觸，否則會有燙傷危險。

(8)在處于運行狀態的帶電設備上進行測量或測試時，必須遵守安全操作法規，實際操作時，應該使用合格的電子儀器。

(9)在系統安裝和調試之前，請務必仔細閱讀安全規則和警告，以及系統上粘貼的所有警示標志。要及時更換己脫落或損壞的標志。

2.驅動電機和驅動電機控制器的定期維護規則

(1)每天開車前檢查膨脹水箱是否有足夠冷卻液，如冷卻液太少(或沒有)，必須補充。

(2)每半年檢查清理一次驅動電機控制器及電機表面灰塵。清理方法：斷開動力電源，用高壓氣槍清理驅動電機及控制器表面灰塵。

3.驅動系統的運行注意事項

(1)驅動電機系統上電順序要求：

①在給驅動電機控制器上高壓電源之前，必須先將低壓控制電源接通。

②斷電時，先斷開高壓電源，再斷開低壓控制電源。

③驅動電機控制器不能應用在與標稱電壓不符的電源上，這時控制器或者不能正常工作，或者會被燒毀。

(2)驅動電機控制器只能與車用動力電池組配套使用，不要嘗試使用整流電源。

(3)故障出現在電機及控制器的任何地方都有可能導致設備損壞，甚至是嚴重的人身傷害(即存在潛在的危險故障)，因此，還必須采取附加的外部預防措施(如主接觸器)用于確保系統安全運行，即使在故障出現時也應如此。

(4)車輛停止使用或長期駐車時，需將高、低壓電源斷開。