新能源電動汽車驅(qū)動電機控制器結(jié)構(gòu)與功能簡析

一、電動汽車驅(qū)動電機控制器概述

電機控制器，控制動力電源與驅(qū)動電機之間能量傳輸?shù)难b置，由控制信號接口電路、驅(qū)動電機控制電路和驅(qū)動電路組成。

在電動車輛中，電機控制器的功能是根據(jù)檔位、油門、剎車等指令，將動力蓄電池所存儲的電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動電機所需的電能，來控制電動車輛的啟動運行、進退速度、爬坡力度等行駛狀態(tài)，或者將幫助電動車輛剎車，并將部分剎車能量存儲到動力蓄電池中。

它是電動車輛的關(guān)鍵零部件之一。

電機控制器的基本功能可分為兩個部分：

電動汽車驅(qū)動電機控制器基本結(jié)構(gòu)可分為：殼體、高低壓連接器、電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。

電氣功率元件主要為IGBT集成功率模塊，是電氣控制器關(guān)鍵零部件。

下圖為IGBT集成功率模塊：

通過電子控制元件與電氣控制元件對IGBT集成功率模塊的控制，輸出可控的三相正弦交流電流，從而控制電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩。

如圖為IGBT集成功率模塊原理簡圖：

電機控制器的殼體的主要用于固定各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件及連接器，并提供密閉的防塵防水（IP67）空間保護各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。

由于車用電機控制器IGBT集成功率模塊輸出功率高，溫升快。

殼體提供相應(yīng)冷卻水路從整車冷卻系統(tǒng)引入冷卻液以冷卻IGBT集成功率模塊。

如圖所示為電機控制器殼體：

連接器安裝于殼體外部，可分為高壓連接器與低壓連接器。

高壓連接器主要用于與外部電能的傳輸?shù)膶印?/p>

低壓連接器主要用于12V電源的供應(yīng)、與其他控制器通訊。

如下圖所示為高低壓連接器：

電子控制元件相當于電機控制器的大腦，根據(jù)接收的外部通訊信號及內(nèi)部電氣件的運行情況，通過電氣控制元件直接或間接地控制電氣集成功率模塊，使得控制器可靠穩(wěn)定的工作，合理控制電機進行運作。

電子控制元件有邏輯電路板、控制電路板、驅(qū)動電路板。

如下圖所示為電子控制元件：

電氣控制元件主要有高壓接觸器、功率電阻、電容、電流傳感器等。

高壓繼電器可由邏輯板中12V低壓控制電氣回路通斷，從而控制電氣功率器件電源供應(yīng)。

如圖2所示為高壓繼電器：

電容的主要作用電路濾波。

由于IGBT功率集成模塊工作過程中會造成直流電路電流振蕩，為減少振蕩電流對直流電路的影響，通過此電容的并接對振蕩電流進行濾波處理。

如圖所示為常見電容：

功率電阻主要由于電容的存在，防止電容無負載充電瞬間短路效應(yīng)。

通過繼電器與功率電阻組成預(yù)充回路，可先將預(yù)充回路導(dǎo)通，對電容進行充電。

待充電完成后，導(dǎo)通主回路后斷開預(yù)充回路，持續(xù)為功率器件提供電能。

如圖所示：

電流傳感器主要對三相輸出的電流進行采樣檢測，反饋至控制電路板。

如圖所示為霍爾電流傳感器：

電機控制器的功率元件主要是IGBT集成功率模塊。

IGBT集成功率模塊是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電的執(zhí)行裝置，也是電氣控制器中的關(guān)鍵零部件，通過控制IGBT集成功率模塊中的6個子模塊的通斷，可將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。

電機系統(tǒng)具備高速CAN網(wǎng)絡(luò)通訊功能。

能根據(jù)整車CAN協(xié)議內(nèi)容正確的進行CAN報文發(fā)送、接收及解析，有效的實現(xiàn)單品及整車功能策略。

如圖所示整車CAN通訊示意圖：

第一種 直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電：將電能轉(zhuǎn)化為機械能，用于驅(qū)動車輛行駛運行，如圖所示為直流電轉(zhuǎn)交流電示意圖：

第二種 三相交流轉(zhuǎn)直流：將機械能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)制動能量回收，提高車輛續(xù)航里程。如圖所示為交流電轉(zhuǎn)直流電示意圖：

正扭矩執(zhí)行：駕駛員踩油門時，整車控制器發(fā)送正扭矩值給電機控制器，電機系統(tǒng)驅(qū)動車輛運行；如圖所示為正扭矩執(zhí)行圖：

負扭矩執(zhí)行：駕駛員踩剎車時，整車控制器發(fā)送負扭矩值給電機控制器，電機系統(tǒng)將能量反饋到動力蓄電池，實現(xiàn)能量回收。如圖所示為負扭矩執(zhí)行圖：

電機控制器內(nèi)含有大容量電容，考慮電容自行放電時間長存在高壓安全風險，故電機系統(tǒng)需具備放電功能。

電機系統(tǒng)具備故障檢測、故障提醒、故障處理等安全保護功能。

如圖所示為控制器功能示意圖：

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