北汽E150EV驱动电机系统的结构与检修

◆文/山东 刘春晖

一、驱动电机系统的组成

北汽E150EV电动汽车驱动电机系统包括驱动电机本体和驱动电机控制器，驱动电机主要由定子、转子及其他部件组成。驱动电机系统的位置如图1所示。

图1 驱动电机系统的位置

二、驱动电机系统的工作原理

在驱动电机系统中，驱动电机的输出动作主要靠控制单元给定的命令，即控制器输出命令。控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频率可调的三相交流电，供给配套的三相交流永磁同步电机使用，如图2所示。驱动电机系统连接如图3所示。

图2 驱动电机系统的工作原理图

图3 驱动电机系统连接图

三、驱动电机的技术参数及接口

1.驱动电机的技术参数

北汽E150EV电动汽车的驱动电机如图4所示。驱动电机的技术参数见表1。驱动电机使用了一些传感器来提供驱动电机的工作信息。这些传感器包括旋转变压器和温度传感器。旋转变压器用来检测电机转子位置；温度传感器用来检测驱动电机的绕组温度。

图4 驱动电机

表1 驱动电机的技术参数

旋转变压器简称旋变，是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系，如图5所示。

图5 旋转变压器的工作原理

2.驱动电机低压信号接口和高压接口

驱动电机低压信号接口和高压接口如图6、图7所示，低压信号针脚定义见表2。

图6 驱动电机低压信号接口

图7 驱动电机高压信号接口

表2 低压信号针脚定义

四、驱动电机控制器

1.驱动电机控制器的功能

驱动电机控制器(MCU)是驱动电机系统的控制中心，它对所有的输入信号进行处理，并将电机控制系统运行状态的信息发送给整车控制器。驱动电机控制器内含功能诊断电路。当诊断出现异常时，它将会激活一个错误代码，发送给整车控制器。

北汽E150EV电动汽车驱动电机控制器也是一种自动弱磁调速逆变控制器。驱动电机控制器箱内主要由以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)功率模块为核心的功率电路和以单片机为核心的微电子控制电路两部分构成。可以将输入的直流电压变为可调的交流电压和电流，给驱动电机等负载使用，机组采用水冷方式，需外配水循环——膨胀水箱等散热设备。

驱动电机控制系统使用了如下传感器来提供驱动电机的工作信息：

(1)电流传感器，用来检测驱动电机工作的实际电流(包括母线电流、三相交流电流)。

(2)电压传感器，用来检测供给驱动电机控制器工作的实际电压(包括高压电池电压、蓄电池电压)。

(3)温度传感器，用来检测驱动电机控制系统的工作温度(包括模块温度、驱动电机控制器温度)。

2.驱动电机控制器的技术特点

电机驱动系统软件中除了正常符合车用的控制功能外，还加入了效率优化控制、最大功率限制、电池电压变化的自适应控制等功能，以适应电动车调速范围宽、过载功率与过载转矩大、电池组电压变化范围大等对电机驱动系统的特殊要求。此外，还内置预充电电路，抑制输入侧的浪涌冲击。系统提供了完备的保护功能：①直流电线过电压/欠电压保护；②驱动电机控制器输出过流保护；③驱动电机过载保护；④驱动电机超速保护；⑤驱动电机/控制器过热保护。

3.驱动电机控制器的位置和端口

北汽E150EV电动汽车驱动电机控制器的位置如图8所示，驱动电机控制器端口如图9所示，控制器信号接口如图10所示。

图8 北汽E150EV电动汽车驱动电机控制器的位置

图9 驱动电机控制器端口

图10 控制器的信号接口针脚编号

五、驱动电机系统的控制策略

1.驱动电机系统驱动模式

如图11所示，整车控制器根据车辆运行的不同情况，包括车速、挡位、电池SOC值来决定TM电机输出转矩或功率。当TM电机控制器从整车控制器处得到转矩输出命令时，将动力电池提供的直流电能转化成交流电能，以使TM电机输出转矩。此时TM电机输出力矩驱动车辆。

图11 驱动电机系统驱动模式

2.驱动电机系统发电模式

当车辆在溜车或制动的时候，电机控制器从整车控制器得到发电命令后，电机将处于发电状态。此时电机会将车子动能转化成交流电能。然后，交流电能通过电机控制器转化为直流电，存储到蓄电池中。

六、驱动电机控制器的检修

1.检修注意事项

(1)发生故障报警后，可按报警提示结合说明进行初步排查，若无明显的绝缘破损和线路故障，可重新上电测试一次，当故障不再报警时可继续运行，此时需要做好故障记录，以备将来检修时使用。若故障继续报警，则需要通知维修人员进行检修。注意：不要自行打开机壳或箱体，以免发生不必要的损失。

(2)即使电源已经切断，控制器直流通路的电容器上仍然带有危险电压。必须断电一段时间后(或采用专用放电工具放电)，确保直流输入端子间的直流电压低于36V后才允许进行相关作业。

(3)驱动电机和控制器装车后，请不要触摸驱动电机和控制器的高压连接端。

(4)驱动电机及其控制器采取水冷方式，在工作过程中必须保证冷却回路中不能出现气泡、缺水、结冰等现象。冷却液推荐采用乙二醇型防冻液，要求其冰点低于当地最低温度5℃以上。

(5)电动车辆出现故障被拖车拖走维修时，必须保证该电动车辆变速器挡位处于物理空挡位置，实现电机轴与变速器输入的物理连接脱离，避免驱动电机高压发电造成系统损坏以及安全事故。

(6)系统使用前要熟悉手册中所有的安全说明和有关安装、操作和维护的规定，正确进行搬运装卸、就位安装和操作维护是实现系统安全及合理使用的可靠保证。

(7)驱动电机和控制器的金属壳体及其散热器在使用后有可能维持较高温度，请勿停机后直接用手接触，否则会有烫伤危险。

(8)在处于运行状态的带电设备上进行测量或测试时，必须遵守安全操作法规，实际操作时，应该使用合格的电子仪器。

(9)在系统安装和调试之前，请务必仔细阅读安全规则和警告，以及系统上粘贴的所有警示标志。要及时更换己脱落或损坏的标志。

2.驱动电机和驱动电机控制器的定期维护规则

(1)每天开车前检查膨胀水箱是否有足够冷却液，如冷却液太少(或没有)，必须补充。

(2)每半年检查清理一次驱动电机控制器及电机表面灰尘。清理方法：断开动力电源，用高压气枪清理驱动电机及控制器表面灰尘。

3.驱动系统的运行注意事项

(1)驱动电机系统上电顺序要求：

①在给驱动电机控制器上高压电源之前，必须先将低压控制电源接通。

②断电时，先断开高压电源，再断开低压控制电源。

③驱动电机控制器不能应用在与标称电压不符的电源上，这时控制器或者不能正常工作，或者会被烧毁。

(2)驱动电机控制器只能与车用动力电池组配套使用，不要尝试使用整流电源。

(3)故障出现在电机及控制器的任何地方都有可能导致设备损坏，甚至是严重的人身伤害(即存在潜在的危险故障)，因此，还必须采取附加的外部预防措施(如主接触器)用于确保系统安全运行，即使在故障出现时也应如此。

(4)车辆停止使用或长期驻车时，需将高、低压电源断开。