发布于 05-26 15:38:50
驱动电机控制系统是控制主牵引电源和电机之间的能量传输的装置，其主要功能包括车辆的怠速控制、车辆前进（控制电机正转）、车辆倒车（控制电机反转）、DC/AC等。典型的电机控制系统框图如图4-4-1所示。
图4-4-1 典型的电机控制系统框图
电机控制器是动力电机驱动系统的控制中心，又称为智能功率模块，是由外界控制信号接口电路、电机控制电路和驱动电路组成的。其包括DSP电机控制板、IGBT驱动电路板、IGBT（IPM）模块、控制电源、散热系统等，一般安装在前舱电机的上方。
1．电机控制器的基本功能
（1）DSP电机控制器的作用：接收整车控制器的指令并反馈信息；检测电机系统内传感器信息；根据指令及传感器信息产生驱动IGBT的开关信号。
（2）IGBT驱动电路：接收DSP的开关信号并反馈相关信息；放大开关信号并驱动IGBT；提供电压隔离和保护功能。
IGBT模块的工作原理：IGBT模块根据控制器主板的指令，将输入的直流电逆变成电源、频率可调的三相交流电，供给配套的三相永磁同步电机。在能量回收工况时，将驱动电机发出的交流电转换成直流电，对动力电池充电。比亚迪e6的IGBT电路原理图如图4-4-2所示。
图4-4-2 比亚迪e6的IGBT电路原理图
（3）控制电源：为DSP提供电源；为驱动电路提供多路相互隔离的电源。
（4）散热系统：为电力电子模块散热，通常采用冷却液循环散热。
2．电机控制器的分类
（1）直流电机驱动系统。电机控制器一般采用脉宽调制（PWM）斩波控制方式，控制技术简单、成熟、成本低，但有效率低、体积大等缺点。
（2）交流感应电机驱动系统。电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速，采用矢量控制或直接转矩控制策略实现电机转矩控制的快速响应。
（3）交流永磁电机驱动系统。包括正弦波永磁同步电机驱动系统和梯形波无刷直流电机驱动系统，其中正弦波永磁同步电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速；梯形波无刷直流电机控制器通常采用“弱磁调速”方式实现电机的控制。由于正弦波永磁同步电机驱动系统低速转矩脉动小且高速恒功率区调速更稳定，因此比梯形波无刷直流电机驱动系统具有更好的应用前景。
3．电机控制器的原理
电机控制器作为整个制动系统的控制中心，它由功率变换器和控制器两部分组成。功率变换器接收电池输送过来的直流电电能，变换成驱动电机所需要的电源（如三相交流电）给汽车电机提供电源。控制器接收电机转速、旋变等信号反馈，信息可在仪表显示。当发生制动或者加速行为时，控制器控制变频器频率的升降，从而达到加速或者减速的目的。电机控制器原理如图4-4-3所示。
图4-4-3 电机控制器原理
1．比亚迪e6双向逆变充放电式电机控制器（VTOG）
比亚迪e6双向逆变充放电式电机控制器（VTOG）是一款高度集成化的新型多功能控制器，其主要功能：电机控制与车辆控制功能、电网对车辆充电功能、车辆对电网放电功能、车辆对用电设备供电功能以及车辆充放电功能。驱动电机控制器通过采集加速、制动、挡位、模式等信号控制动力输出，其控制框图如图4-4-4所示。
图4-4-4 比亚迪e6VTOG的控制框图
比亚迪e6VTOG安装位置如图4-4-5所示，其外观如图4-4-6所示。在VTOG上有低压接口、冷却液进/出水口以及高压插接件。
图4-4-5 比亚迪e6VTOG安装位置
图4-4-6 比亚迪e6VTOG外观
VTOG上的低压接口主要为外围低压用电设备提供低压电和接收外围低压设备输入信号。VTOG工作时会产生大量的热量影响工作安全和效率，为了降低其温度采用了水冷式冷却方式，VTOG壳体上有冷却液进出管道，如图4-4-7所示，低压端子引脚标号如图4-4-8所示，低压端子引脚定义如表4-4-1所示。
图4-4-7 低压插口和冷却液进出水口
图4-4-8 低压端子引脚标号
表4-4-1 低压端子引脚定义
续表
高压插接件以及连接电机的三相电接口分别如图4-4-9和图4-4-10所示。
图4-4-9 高压插接件
图4-4-10 连接电机的三相电接口
2．吉利帝豪EV300电机控制器
电机控制器安装在前舱内，如图4-4-11所示，采用CAN通信控制，控制着动力电池组到电机之间能量的传输，同时采集电机位置信号和三相电流检测信号，精确地控制驱动电机运行。
图4-4-11 驱动电机控制器安装位置
电机控制器是一个既能将动力电池中的直流电转换为交流电以驱动电机，同时具备将车轮旋转的动能转换为电能（交流电转换为直流电）给动力电池充电的设备。
车辆制动或滑行阶段，电机作为发电机应用，它可以完成由车轮旋转的动能到电能的转换，给电池充电。DC/DC集成在电机控制器内部，其功能是将电池的高压电转换成低压电，提供整车低压系统供电，如图4-4-12所示。
图4-4-12 能量回收和DC/DC功能示意图
电机控制器内部包含1个DC/AC逆变器和1个DC/DC直流转换器，逆变器由IGBT、直流母线电容、驱动和控制电路板等组成，实现直流（可变的电压、电流）与交流（可变的电压、电流、频率）之间的转变。直流转换器由高低压功率器件、变压器、电感、驱动和控制电路板等组成，实现直流高压向直流低压的能量传递。电机控制器还包含冷却器（通冷却液）给电子功率器件散热。电机控制器的组成框图如图4-4-13所示。
图4-4-13 电机控制器的组成框图
电机控制器上高低压线束接口、驱动电机三相线束接口、冷却管接口和低压充电（DC/DC）接口分布如图4-4-14所示。
图4-4-14 电机控制器线束及冷却管接口分布
电机控制器具有以下工作模式：
（1）转矩控制模式。电机控制系统控制电机轴向四象限的转矩。由于没有转矩传感器，转矩指令（由整车控制器发送）被转换成为电流指令，并进行闭环控制。转矩控制模式只有在获得正确的初始偏移角度时才能进行。
（2）静态模式。静态模式在电机控制器（PEU）处于被动状态（待机状态）或故障状态时被激活。
（3）主动放电模式。主动放电用于高压直流端电容的快速放电。主动放电指令来自整车控制器的指令或由电机控制器（PEU）内部故障触发。
（4）DC/DC直流转换。电机控制器（PEU）中的DC/DC转换器将高压直流端的高压转换成指定的直流低压（12V低压系统），低压设定值来自整车控制器指令。
（5）系统诊断功能。当发生故障时，软件根据故障级别使PEU进入安全状态或限制状态。
电机控制器电气系统原理如图4-4-15所示。
图4-4-15 电机控制器电气系统原理
3．吉利帝豪PHEV电机控制器
吉利帝豪PHEV采用的深度混合插电式动力系统可以实现无级变速的功能，采用扭矩控制方法和功率平衡控制技术，在合理分配发动机能量的同时，降低了整车的燃油消耗和排放，保证了整车的稳定运行以及整车各运行模式之间的平滑切换，达到了整车在经济性、动力性和排放性上的最佳控制目标。
电机控制器安装在前舱内，采用CAN通信控制，控制着动力电池到电机之间能量的传输，同时采集电机位置信号和三相电流检测信号，精确地控制驱动电机运行。
电机控制系统能将动力电池中的直流电转换为交流电以驱动电机，同时具备将车轮旋转的动能转换为电能（交流电转换为直流电）给动力电池充电的功能。车辆制动或滑行阶段，电机作为发电机应用，它可以完成由车轮旋转的动能到电能的转换，给电池充电。
DC/DC集成在电机控制器内部，其功能是将电池的高压电转换成低压电，提供整车低压系统供电。吉利帝豪PHEV电机控制器安装位置如图4-4-16所示。
图4-4-16 吉利帝豪PHEV电机控制器安装位置
电机控制器内部集成了两个电机控制模块及一个DC/DC模块。两个电机控制模块输出额定工作电流分别为105A/130A；峰值工作电流分别为250A/280A。此外电机控制器还具有以下功能：
（1）双电机驱动。电机控制器通过矢量控制方式，将直流高压逆变成三相交流，控制驱动电机EM1和驱动电机EM2输出精确的转矩或转速，在不影响稳定性的基础上，最大限度地提高驱动电机EM1和驱动电机EM2的输出性能表现；双电机都具有四象限运行工况。
驱动电机EM1、EM2定子绕组采用三相Y形连接；EM1、EM2定子线圈内分别内置两路温度传感器，便于逆变器监控电机温度。
电机控制器使用旋转变压器检测转子的位置和电流传感器检测线圈的电流，从而控制驱动电机的扭矩输出。
（2）DC/DC直流变换。电机控制器实现直流与交流之间的转变。直流转换器由高低压功率器、变压器、电感、驱动和控制电路板等组成，实现直流高压向直流低压的能量传递。通过直流变换电路，将直流高压降压变换成低压与车载12V蓄电池并联为整车低压电器供电。
（3）信号采集与通信。采集和处理电机温度传感器输入信号、旋转变压器输入信号。同时电机控制器还具有CAN总线通信、标定和检测、故障诊断等功能。
（4）冷却液泵驱动。集成冷却液泵转速控制功能，根据冷却液温度变化调节冷却液泵转速，给定目标转速（占空比）信号，接收实际转速（频率）信号。
（5）主动放电。通过DC/DC将母线残余电量泄放给12V蓄电池，直至母线电压低于60V安全电压，放电时间小于5s。
（6）被动放电。被动高压直流电源放电，通过放电电阻实现，当高压输入切断时，被动高压直流电源放电触发，并不受外部控制，放电电阻一直并联在高压上。实际上DC/DC主动放电的同时放电电阻也起着放电的作用。在没有主动放电的情况下，被动放电直至母线电压低于60V安全电压的放电时间小于2min。
（7）故障诊断。电机控制器自身具备故障的诊断及记录功能，故障诊断包括以下内容。
① 传感器诊断：电流传感器、电压传感器、温度传感器、位置传感器等的故障诊断。
② 电机诊断：电流调节故障、电机性能检查、主动断路或空转条件不满足、转子偏移角诊断等。
③ CAN通信诊断：包含CAN内存检测、总线超时、报文长度、收发计数器的诊断等。
④ 硬件安全诊断：相电流过流诊断、直流母线电压过压诊断、高/低压供电故障诊断、处理器监控等。
⑤ DC/DC诊断：DC/DC传感器以及工作状态诊断。
吉利帝豪PHEV电机控制器电气原理示意图如图4-4-17所示。
图4-4-17 吉利帝豪PHEV电机控制器电气原理示意图
