吉利帝豪EV450電驅動系統構造與檢修

華奇

摘 要：吉利帝豪EV450電機控制器控制著動力電池組到電機之間能量的傳輸，同時采集電機位置信號和三相電流檢測信號，精確地控制驅動電機運行。電機控制器將動力電池中高壓直流電逆變為交流電以驅動電機，同時具備能量回收功能，車輛制動或滑行階段，將車輪旋轉的動能轉換為電能給動力電池充電，電機作為發電機應用。本文詳細介紹了吉利汽車帝豪EV450 的電驅動系統，從結構組成、工作模式、工作原理及故障檢修等方面進行系統闡述。

關鍵詞：吉利 帝豪EV450 電機控制器 驅動電機

Construction and Maintenance of Geely Emgrand EV450 Electric Drive System

Hua Qi

Abstract：The Geely Emgrand EV450 motor controller controls the energy transmission from the power battery pack to the motor， and collects the motor position signal and the three-phase current detection signal at the same time to accurately control the operation of the drive motor. The motor controller inverts the high-voltage DC power in the power battery to AC power to drive the motor. It also has an energy recovery function. The kinetic energy of the wheel rotation is converted into electrical energy to charge the power battery during the braking or coasting phase of the vehicle. The motor is used as a generator. This article introduces the electric drive system of Geely Auto's Emgrand EV450 in detail， and systematically explains the structure， working mode， working principle， and troubleshooting.

Key words：Geely， Emgrand EV450， motor controller， drive motor

1 引言

純電動汽車的驅動電機一般是指將電能轉換成機械能并且驅動車輛的裝置。目前我國常用的電機是永磁同步電機，其效率高、結構簡單、體積小、重量輕、振動小，低噪音等優點被廣泛使用，成為了主流電機。永磁同步電機由電機控制器驅動，吉利帝豪EV450的電機控制器安裝在前艙內，采用CAN通訊控制，DC/DC轉換器被集成在電機控制器內部[1]。驅動電機采用三相永磁同步電機，主要由定子和轉子組成，定子產生旋轉磁場，轉子是由永磁材料制成，提供勵磁，結構較為簡單，降低了制造與裝配的成本，由于不需要采用傳統有刷電機的集電環和電刷，又無需勵磁電流，沒有勵磁損耗，提高了電動機的效率和功率密度和可靠性[1]。

2 電機控制器的結構與原理

2.1 電機控制器概述

電動汽車的電機控制器，是電動汽車“三電”中的核心。電動汽車要實現加速、定速巡航、能量回收，都要依靠電機控制器。吉利帝豪EV450純電動汽車的電機控制器安裝在車輛的前艙內，見圖1。采用CAN總線通訊，通過PCAN協同控制車輛的動力系統，主要完成動力電池與電機之間的能量傳輸。車輛制動或滑行階段，驅動電機作為發電機。它可以把車輪旋轉的動能轉換為電能，給動力電池充電。見圖2。

2.2 電機控制器結構和工作原理

吉利帝豪EV450的電機控制器內部包含一個DC/AC逆變器和一個DCDC轉換器。逆變器由IGBT模塊、高壓薄膜電容、主控電路板等組成。可以實現直流變交流、直流變直流。DCDC由高低壓功率器件、變壓器、電感、信號控制電路板等組成，實現高壓直流向低壓直流的能量傳遞[1]。電機控制器內部集成了MCU，采集電機旋變信號、溫度信號、互鎖信號，采用矢量控制技術控制IGBT，完成對電機的控制。并通過CAN網絡和外部設備進行數據通信，電機控制器結構原理圖如圖3所示。還包含冷卻器，冷卻液流過冷卻管路給電機控制器內部的電子功率元器件散熱。

2.2.1 轉矩控制模式

電機控制器控制電機軸向四象限的轉矩。由于沒有安裝轉矩傳感器，轉矩指令由整車控制器VCU發送，并被電機控制器轉換為輸出電流的指令，進行閉環反饋控制，轉矩模式只有在獲得正確的電機轉子初始偏移角度時才能運行[1]。

2.2.2 主動放電模式

主動放電用于電機控制器內部高壓薄膜電容快速放電，主動放電指令來自于整車控制器VCU的指令或由電機控制器PEU內部故障觸發，使高壓電容中的存儲的電能通過一個功率電阻快速放電。

2.2.3 DC/DC直流轉換

電機控制器中的DC-DC轉換器將動力電池端的高壓直流轉換成指定的低壓直流，供給車輛的12V低壓電源系統，低壓設定值來自整車控制器的指令[1]，一般實際輸出在14V左右，給全車低壓設備供電并給12V低壓蓄電池充電。

2.2.4 系統診斷功能

在發生故障的時候，軟件根據故障的級別使電機控制器進入限制狀態，限制狀態包括主動短路或Freewheel模式，限制狀態包括四個級別的功率/轉矩輸出限制。PEU軟件中提供基于ISO-14229標準的診斷通訊功能如表1。

3 驅動電機的結構與原理

3.1 驅動電機概述

永磁同步電機是以磁場為媒介進行動能和電能相互轉換的電磁裝置，主要由螺蓋，轉子軸，轉子支撐，轉子，定子，軸承，水套內圈和機座組成[5]。電機是電動力系統的重要執行機構，是電能與機械能轉換的部件，自身的運行狀態等信息可以被采集到電機控制器上，依靠內部的傳感器來提供電機的工作信息。旋變傳感器提供轉子的位置信息[5]、轉速及方向，溫度傳感器提供溫度信號。

永磁同步電機的結構與直流電動機結構相似，因此具備直流電動機結構簡單，運行可靠，功率密度大，調速性能好等特點，與此同時，永磁同步電機普遍采用矢量控制技術，所以在噪音控制和精度調節上做得更出色[3]。吉利帝豪EV450電機的額定功率42KW，峰值功率120KW，額定轉矩105N.M，峰值轉矩250N.M。

3.2 驅動電機工作原理

定子線圈在三相交流電的作用下產生旋轉磁場。永磁體轉子在旋轉磁場的作用下，產生和旋轉磁場同步的轉動扭矩，通過旋轉變壓器檢測到的轉子的位置信息、以及通過霍爾電流傳感器檢測到的線圈的電流，控制驅動電機的扭矩輸出[1]。如圖4所示。

旋變信號的作用是檢測驅動電機轉子當前的位置信息、轉速和方向，電機控制器通過旋變信號計算當前的驅動電機轉速[4]。本車旋變采用的是磁阻式旋轉變壓器。結構如圖5所示，旋變轉子和驅動電機轉子同軸連接，隨著電機轉軸的轉動，旋變定子內側有感應線圈，驅動電機旋轉時，帶動旋變轉子轉動[4]，在勵磁線圈的作用下，正弦和余弦線圈輸出旋變信號。

4 電機控制器故障診斷與維修

4.1 電機控制器無法通訊故障與檢修

4.1.1 故障現象

一輛 2017年款吉利帝豪EV450出現READY燈不亮，車輛上不了高壓電，動力系統故障警告燈點亮，主減速器系統故障指示燈點亮，電子穩定系統故障指示燈點亮，如圖6所示。

4.1.2 故障診斷

首先連接診斷儀，進行全車掃描。掃描過后發現，只有電機控制器一個控制模塊無法通訊。其他模塊都能正常通訊。 整車控制器報故障碼：U011087，與電機控制器通訊丟失。可能的故障原因有：電機控制器主供電線路故障、電機控制器搭鐵線路以及搭鐵點故障、電機控制器CAN線斷路故障以及電機控制器本體故障。根據原車電路，見圖7，逐一檢測。

4.1.3 故障檢測

（1）操作啟動開關使電源模式至ON狀態。測量EF32保險絲兩端電壓，測量結果為12V，正常值為11-14V。保險絲上游供電正常。

（2）操作啟動開關使電源模式至OFF狀態。斷開蓄電池負極，斷開電機控制器連接線束BV11，測量BV11/26-EF32下游端之間電阻，測量結果為0Ω，正常值<1歐姆。說明電機控制器的主供電正常。

（3）測量BV11/11-車身搭鐵點的阻值，測量結果為0Ω，正常值<1Ω。說明電機控制器的車身搭鐵正常。

（4）電機控制器在PCAN通訊網絡上，內部接有120歐姆終端電阻，斷開BV11連接器，測量BV11/20-BV11/21的電阻，測量值為120Ω，正常值為120Ω。說明電機控制器的CAN線沒有出現斷路故障。

（5）更換電機控制器，車輛正常啟動。該故障是電機控制器總成損壞導致的車輛無法上電。

4.2 電機控制器旋變信號線路故障與檢修

4.2.1 故障現象

2017款吉利帝豪EV450出現READY燈不亮，車輛上不了高壓電，動力系統故障警告燈點亮，車輛無法掛擋。見圖8。

4.2.2 故障診斷

連接故障診斷儀，進行全車掃描，故障碼如表2：

根據故障碼，初步判定電機旋變信號故障。查看原車電路，見圖9。

4.2.3 故障檢測

（1）操作啟動開關使電源模式至OFF狀態。斷開蓄電池負極。測量電機旋變的正弦、余弦、勵磁電阻值。正常只為 余弦：14.5±1.5Ω.正弦：13.5±1.5Ω.勵磁：9.5±1.5Ω。

（2檢測驅動電機余弦旋變信號線路。斷開電機控制器連接線束BV11，斷開驅動電機線束連接器BV13。依次測量6跟信號線，正常阻值都應小于1歐姆。

（3）實際測量BV11/23余弦+到BV13/8余弦-，之間阻值無窮大，得出結論電機控制器到驅動電機之間余弦線路斷路故障。進行線路的維修。

（4）車輛恢復，打開點火開關，車輛正常上電，可掛擋行駛，故障排除。連接診斷儀，再次讀取故障碼，清除歷史故障碼。

4.3 吉利EV450電機控制器主要故障匯總

圍繞帝豪EV450電驅動系統，本文匯總了部分車輛的故障現象及故障碼和可能出現的故障范圍。見表3：

參考文獻：

[1]周曉飛. 電動汽車動力部分結構的原理及維修注意事項一[J]. 汽車維修與保養， 2017.

[2]陳益廣. 內置混合式轉子結構可控磁通永磁同步電機的研究[D]. 沈陽工業大學，2008.

[3]何鴻飛. 基于兩段式擴展卡爾曼濾波算法的永磁同步電機無位置傳感器轉子位[D]. 河北科技大學，2018.

[4]周曉飛. 電動汽車動力部分結構的原理及維修注意事項一[J]. 汽車維修與保養，2017.

[5]“簡述電動汽車驅動電機” [EB/OL].[2018-12-22].http：//www.gzweix.com/article/sort0253/sort0666/info-319895.html.