比亚迪E6先行者电动乘用车动力总成的 结构与工作原理

聂光辉 刘志强

摘要：本文介绍了比亚迪E6先行者电动汽车的动力总成的结构组成如电动机、旋变传感器、控制装置和冷却系统的结构，以此揭示了比亚迪e6的工作原理，为后续的故障诊断与排除打下坚实的基础。

关键词：比亚迪E6电动汽车；动力总成；三相交流；永磁电机

中图分类号：U464.93 文献标识码：A

比亚迪E6先行者电动汽车为一款纯电动四驱乘用车。动力总成位于车辆的前舱的电机控制器下方，由驱动电机、变速器、驱动和冷却系统等组成，替代传统汽车的发动机及变速器总成。动力总成能将电动机控制器逆变出来的交流电能转化为机械能去驱动变速器，并经传动轴传递给驱动车轮，使车辆行驶；当车辆减速或者制动时，将车辆动能转换为电能，存储在动力电池里。75kW的电机充分保证了车辆运行于各种工况所需要的动力来源，在环保方便可以实现零排放，百公里电耗在20kWh，百公里加速时间为界5秒，最高设备车速度可达到140km/h，综合工况续航里程超过300km，是目前续航里程最长的纯电动乘用车。

比亚迪E6先行者电动汽车使用交流无刷永磁同步电机，当车辆行驶时，电机通过旋转变压器检测到电机的速度和位置信号，传递给电机控制器进行处理，发送相关逻辑信号控制IGBT的通断，输出近似正弦波的交流电控制电动机的转动，输出较大的转矩来保证电动汽车的频繁的起动，保证电动汽车有良好的加速和减速，在低速或者爬坡时的能输出高转矩，同时也能满足在高速行驶时对电机的高转速要求。

1 动力电动机（MG2）

比亚迪E6电动机通电以后旋转向变速器输出扭矩，驱动汽车前进后退；同时在滑行以及制动过程中作为发电机发电，把机械能通过电机转化为电能存储在动力电池中。它主要由机壳、定子总成、转子总成、旋转变压器、水温传感器和线束等组成。

1.1 转子总成

比亚迪E6电动机转子总成是在电机的气隙中建立足够的磁场。转子的铁芯是用硅钢片叠加起来的，在铁芯的槽中安装有8个内嵌式用钕铁硼稀土材料制成的永磁体磁极，从而产生永久磁场，在转子上没有线圈，既简化了电机结构，提高了运行的可靠性，又没有转子铜耗，提高了电机的效率。

1.2 定子总成

比亚迪E6电动机定子总成产生三相交变的旋转磁场驱动转子旋转，并能将转子旋转的机械能转变为电能储存在动力电池中。定子总成主要有定子铁心和定子绕组组成，定子铁心由冲压后的硅钢片紧密叠加而成，在铁心内环的楔形槽中镶嵌着空间交替均布的呈“Y”连接的三相绕组。

1.3 旋转变压器

旋转变压器（简称旋变）是一种位置传感器，和普通变压器基本相似，能将转子转角和位置变化的机械信号转变成近似正余弦波的电压信号输出，又称为正余弦旋转变压器。

磁阻式旋转变压器定子上的励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内并固定不动。但励磁绕组和输出绕组的形式不一样。两相绕组的输出信号随转角作正弦变化、彼此相差90°电角度的电信号。转子铁心是由硅钢片叠压而成，其齿数即为极对数，转子磁极形状作特殊设计，使得气隙磁场近似于正弦形。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组输出与转子转角成正、余弦函数关系的电压信号，反馈给电机控制器，控制器经过电流采样和数字变换，与位置信号进行分析计算，对PWM占空比进行调节，触发大功率器件IGBT，控制电机的转速和电流输入频率的同步，并避免震荡和失步的发生。

2 动力总成控制装置

2.1 电机控制器（VTOG）

电机控制器位于车辆的前舱中，是电压型逆变器，利用IGBT将直流电转换为交流电，它主要功能是在不同的工况控制电动机的起动、停转、前进和倒退，维持电动车的正常运转。电机控制器中关键部件为IGBT，IGBT是复合全控型电压驱动式功率半导体器件，是能源变换与传输的核心器件，目的是为了控制供给电机的电流的大小和工作时刻，输出合适的电流参数。IGBT具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点。

电机控制器总成包含上、中、下三层，上层为电动机控制单元，中层为水道冷却单元，下层为充电控制单元。在控制器上不仅有电动机的控制线、充电线和高、低压电源线等；还有信号线束，如CAN、挡位控制、油门位置、制动、电动机旋转变压器、电动机温度及预充满电等信号线。通过CAN与其他控制单元进行通讯，接收并发送相关的信号，间接控制车辆上相关系统正常运行；并对自身内部故障进行检测和处理，以故障代码的形式存储及告诉驾驶员车辆出现故障，尽快进行维修；同时控制车辆的充放电。

2.2 高低压转换器DC-DC

高低压转换器DC-DC也位于车辆的前舱中，在汽车电气化系统里面起到了重要的作用，负责将330V高压直流转低压提供给车载低压用电设备，如蓄电池、EPS等使用。

比亚迪E6先行者DC-DC变换器总成主要包含两个12V的DC-DC变换器，第一个12V的DC-DC变换器的输入为200～400V，输出为13.8V/100A，最大输出110A；第二个12V的DC-DC变换器的输入为200～400V，输出为13.8V/70A，最大输出100A。

2.3 主电控单元ECU

接受各高压监控系统发出的信号，并加以判断，控制冷却系统、制动系统、车速里程等。

3 动力总成冷却系统

比亚迪E6先行者的冷却系统采用闭式强制水冷却循环系统，由电动水泵提供动力，如图2所示。冷却系统主要由电动水泵、散热器、冷却液、电子风扇和冷却水管和水道等组成。电动水泵由主控制器进行控制。电子风扇和散热器的安装位置与传统燃油汽车基本相同，电子风扇总成采用吸风式双风扇，通过串联调速电阻的方式来实现风扇的高低速挡分级，从而降低风扇的噪音，提高整车舒适性。在电动机的机壳中制有冷却水道，冷却液流经水道，对电动机的定子进行散热。

当冷却系统需要冷却时，低温的乙二醇冷却液在电动水泵的驱动下通过冷却管路由散热器流向电机控制器、DC/DC转换器和电动机的冷却水道，吸收热量后，再通过冷却管路流经散热器进行散热，之后进行下一个冷却循环，如此反复，使冷却系统的温度保持在95℃～105℃。

4 动力总成工作过程

在驾驶比亚迪E6先行者时，接通电源，在汽车前进时，主电控单元ECU接收挡位控制器、加速踏板和角度傳感器等各传感器的信号，主电控单元ECU进行分析计算，将控制信号传递给电机控制器，以控制流向前驱电机的电流的大小和时刻，此时动力电池组的电流通过应急开关、配电箱和继电器，其中一路经过电机控制器向前驱动电机供给需要的电流，从而使驱动电机运转，通过变速器、差速器和传动轴，带动左右前轮转动，使汽车行进；另一路经过DC-DC转换器，将电池组330V高压直流电转换为低压42V，提供给电动转向系统EPS使用。同时电池组受BMS控制，将电池组的瞬时电压、电流、温度、存电情况等信息传递给BMS，以防止电池组过放电或温度过高损坏电池组。如果发生漏电情况，漏电保护器起作用。一旦发生紧急短路等情况，保护装置熔丝即熔断保护。

参考文献：

[1]吴成加，赵圣宝，等.新能源汽车电机控制器IGBT模块的驱动技术[J].化工自动化及仪表，2014

[2]崔胜民，王剑锋，王大方.新能源汽车技术[M].北京：北京大学出版社，2009

[3] 胡骅，宋慧.电动汽车[M].北京：人民交通出版社，2012