華奇

摘 要：吉利帝豪EV450電機(jī)控制器控制著動力電池組到電機(jī)之間能量的傳輸，同時采集電機(jī)位置信號和三相電流檢測信號，精確地控制驅(qū)動電機(jī)運行。電機(jī)控制器將動力電池中高壓直流電逆變?yōu)榻涣麟娨则?qū)動電機(jī)，同時具備能量回收功能，車輛制動或滑行階段，將車輪旋轉(zhuǎn)的動能轉(zhuǎn)換為電能給動力電池充電，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)應(yīng)用。本文詳細(xì)介紹了吉利汽車帝豪EV450 的電驅(qū)動系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)組成、工作模式、工作原理及故障檢修等方面進(jìn)行系統(tǒng)闡述。

關(guān)鍵詞：吉利 帝豪EV450 電機(jī)控制器 驅(qū)動電機(jī)

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(qū)動電機(jī)一般是指將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并且驅(qū)動車輛的裝置。目前我國常用的電機(jī)是永磁同步電機(jī)，其效率高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、振動小，低噪音等優(yōu)點被廣泛使用，成為了主流電機(jī)。永磁同步電機(jī)由電機(jī)控制器驅(qū)動，吉利帝豪EV450的電機(jī)控制器安裝在前艙內(nèi)，采用CAN通訊控制，DC/DC轉(zhuǎn)換器被集成在電機(jī)控制器內(nèi)部[1]。驅(qū)動電機(jī)采用三相永磁同步電機(jī)，主要由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子是由永磁材料制成，提供勵磁，結(jié)構(gòu)較為簡單，降低了制造與裝配的成本，由于不需要采用傳統(tǒng)有刷電機(jī)的集電環(huán)和電刷，又無需勵磁電流，沒有勵磁損耗，提高了電動機(jī)的效率和功率密度和可靠性[1]。

2 電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)與原理

2.1 電機(jī)控制器概述

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

2.2 電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)和工作原理

吉利帝豪EV450的電機(jī)控制器內(nèi)部包含一個DC/AC逆變器和一個DCDC轉(zhuǎn)換器。逆變器由IGBT模塊、高壓薄膜電容、主控電路板等組成?？梢詫崿F(xiàn)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(xiàn)高壓直流向低壓直流的能量傳遞[1]。電機(jī)控制器內(nèi)部集成了MCU，采集電機(jī)旋變信號、溫度信號、互鎖信號，采用矢量控制技術(shù)控制IGBT，完成對電機(jī)的控制。并通過CAN網(wǎng)絡(luò)和外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)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(jī)控制器內(nèi)部的電子功率元器件散熱。

2.2.1 轉(zhuǎn)矩控制模式

電機(jī)控制器控制電機(jī)軸向四象限的轉(zhuǎn)矩。由于沒有安裝轉(zhuǎn)矩傳感器，轉(zhuǎn)矩指令由整車控制器VCU發(fā)送，并被電機(jī)控制器轉(zhuǎn)換為輸出電流的指令，進(jìn)行閉環(huán)反饋控制，轉(zhuǎn)矩模式只有在獲得正確的電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)控制器內(nèi)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(jī)控制器PEU內(nèi)部故障觸發(fā)，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(zhuǎn)換

電機(jī)控制器中的DC-DC轉(zhuǎn)換器將動力電池端的高壓直流轉(zhuǎn)換成指定的低壓直流，供給車輛的12V低壓電源系統(tǒng)，低壓設(shè)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(shè)備供電并給12V低壓蓄電池充電。

2.2.4 系統(tǒng)診斷功能

在發(fā)生故障的時候，軟件根據(jù)故障的級別使電機(jī)控制器進(jìn)入限制狀態(tài)，限制狀態(tài)包括主動短路或Freewheel模式，限制狀態(tài)包括四個級別的功率/轉(zhuǎn)矩輸出限制。PEU軟件中提供基于ISO-14229標(biāo)準(zhǔn)的診斷通訊功能如表1。

3 驅(qū)動電機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理

3.1 驅(qū)動電機(jī)概述

永磁同步電機(jī)是以磁場為媒介進(jìn)行動能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置，主要由螺蓋，轉(zhuǎn)子軸，轉(zhuǎn)子支撐，轉(zhuǎn)子，定子，軸承，水套內(nèi)圈和機(jī)座組成[5]。電機(jī)是電動力系統(tǒng)的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換的部件，自身的運行狀態(tài)等信息可以被采集到電機(jī)控制器上，依靠內(nèi)部的傳感器來提供電機(jī)的工作信息。旋變傳感器提供轉(zhuǎn)子的位置信息[5]、轉(zhuǎn)速及方向，溫度傳感器提供溫度信號。

永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)相似，因此具備直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，功率密度大，調(diào)速性能好等特點，與此同時，永磁同步電機(jī)普遍采用矢量控制技術(shù)，所以在噪音控制和精度調(diào)節(jié)上做得更出色[3]。吉利帝豪EV450電機(jī)的額定功率42KW，峰值功率120KW，額定轉(zhuǎn)矩105N.M，峰值轉(zhuǎn)矩250N.M。

3.2 驅(qū)動電機(jī)工作原理

定子線圈在三相交流電的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。永磁體轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，產(chǎn)生和旋轉(zhuǎn)磁場同步的轉(zhuǎn)動扭矩，通過旋轉(zhuǎn)變壓器檢測到的轉(zhuǎn)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(qū)動電機(jī)的扭矩輸出[1]。如圖4所示。

旋變信號的作用是檢測驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前的位置信息、轉(zhuǎn)速和方向，電機(jī)控制器通過旋變信號計算當(dāng)前的驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速[4]。本車旋變采用的是磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。結(jié)構(gòu)如圖5所示，旋變轉(zhuǎn)子和驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸連接，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，旋變定子內(nèi)側(cè)有感應(yīng)線圈，驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，帶動旋變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(jī)控制器故障診斷與維修

4.1 電機(jī)控制器無法通訊故障與檢修

4.1.1 故障現(xiàn)象

一輛 2017年款吉利帝豪EV450出現(xiàn)READY燈不亮，車輛上不了高壓電，動力系統(tǒng)故障警告燈點亮，主減速器系統(tǒng)故障指示燈點亮，電子穩(wěn)定系統(tǒng)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(jìn)行全車掃描。掃描過后發(fā)現(xiàn)，只有電機(jī)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(jī)控制器通訊丟失。可能的故障原因有：電機(jī)控制器主供電線路故障、電機(jī)控制器搭鐵線路以及搭鐵點故障、電機(jī)控制器CAN線斷路故障以及電機(jī)控制器本體故障。根據(jù)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(guān)使電源模式至ON狀態(tài)。測量EF32保險絲兩端電壓，測量結(jié)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(guān)使電源模式至OFF狀態(tài)。斷開蓄電池負(fù)極，斷開電機(jī)控制器連接線束BV11，測量BV11/26-EF32下游端之間電阻，測量結(jié)果為0Ω，正常值<1歐姆。說明電機(jī)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(jié)果為0Ω，正常值<1Ω。說明電機(jī)控制器的車身搭鐵正常。

（4）電機(jī)控制器在PCAN通訊網(wǎng)絡(luò)上，內(nèi)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(jī)控制器的CAN線沒有出現(xiàn)斷路故障。

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

4.2 電機(jī)控制器旋變信號線路故障與檢修

4.2.1 故障現(xiàn)象

2017款吉利帝豪EV450出現(xiàn)READY燈不亮，車輛上不了高壓電，動力系統(tǒng)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(jìn)行全車掃描，故障碼如表2：

根據(jù)故障碼，初步判定電機(jī)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(guān)使電源模式至OFF狀態(tài)。斷開蓄電池負(fù)極。測量電機(jī)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(qū)動電機(jī)余弦旋變信號線路。斷開電機(jī)控制器連接線束BV11，斷開驅(qū)動電機(jī)線束連接器BV13。依次測量6跟信號線，正常阻值都應(yīng)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(jié)論電機(jī)控制器到驅(qū)動電機(jī)之間余弦線路斷路故障。進(jìn)行線路的維修。

（4）車輛恢復(fù)，打開點火開關(guān)，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(jī)控制器主要故障匯總

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

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳益廣. 內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可控磁通永磁同步電機(jī)的研究[D]. 沈陽工業(yè)大學(xué)，2008.

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

[4]周曉飛. 電動汽車動力部分結(jié)構(gòu)的原理及維修注意事項一[J]. 汽車維修與保養(yǎng)，2017.

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