新能源电动汽车电动汽车驱动电机控制器结构与功能2021-10-28 13:36·ICVS智能汽车产业联盟一、电动汽车驱动电机控制器概述电机控制器，控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置，由控制信号接口电路、驱动电机控制电路和驱动电路组成。图1 某车型三合一集成式电机控制器在电动车辆中，电机控制器的功能是根据档位、油门、刹车等指令，将动力蓄电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力蓄电池中。它是电动车辆的关键零部件之一。电机控制器的基本功能可分为两个部分二、电动汽车驱动电机控制器的基本结构电动汽车驱动电机控制器基本结构可分为：壳体、高低压连接器、电子控制元件、电气控制元件、电气功率元件。电气功率元件主要为IGBT集成功率模块，是电气控制器关键零部件。下图为IGBT集成功率模块。通过电子控制元件与电气控制元件对IGBT集成功率模块的控制，输出可控的三相正弦交流电流，从而控制电机的转速、转矩。如图为 IGBT集成功率模块原理简图。IGBT集成功率模块原理简图1. 壳体与连接器电机控制器的壳体的主要用于固定各电子控制元件、电气控制元件、电气功率元件及连接器，并提供密闭的防尘防水（IP67）空间保护各电子控制元件、电气控制元件、电气功率元件。由于车用电机控制器IGBT集成功率模块输出功率高，温升快。壳体提供相应冷却水路从整车冷却系统引入冷却液以冷却IGBT集成功率模块。如图所示为电机控制器壳体。连接器安装于壳体外部，可分为高压连接器与低压连接器。如下图所示为高低压连接器。高压连接器主要用于与外部电能的传输的对接。低压连接器主要用于12V电源的供应、与其他控制器通讯。2. 电子控制元件电子控制元件相当于电机控制器的大脑，根据接收的外部通讯信号及内部电气件的运行情况，通过电气控制元件直接或间接地控制电气集成功率模块，使得控制器可靠稳定的工作，合理控制电机进行运作。电子控制元件有逻辑电路板、控制电路板、驱动电路板。如下图所示为电子控制元件。3. 电气控制元件电气控制元件主要有高压接触器、功率电阻、电容、电流传感器等。高压继电器可由逻辑板中12V低压控制电气回路通断，从而控制电气功率器件电源供应。如图2所示为高压继电器。电容的主要作用电路滤波。由于IGBT功率集成模块工作过程中会造成直流电路电流振荡，为减少振荡电流对直流电路的影响，通过此电容的并接对振荡电流进行滤波处理。如图所示为常见电容。功率电阻主要由于电容的存在，防止电容无负载充电瞬间短路效应。通过继电器与功率电阻组成预充回路，可先将预充回路导通，对电容进行充电。待充电完成后，导通主回路后断开预充回路，持续为功率器件提供电能。如图所示。电流传感器主要对三相输出的电流进行采样检测，反馈至控制电路板。如图所示为霍尔电流传感器。4. 电气功率性元件电机控制器的功率元件主要是IGBT集成功率模块。IGBT集成功率模块是将直流电转化为交流电的执行装置，也是电气控制器中的关键零部件，通过控制IGBT集成功率模块中的6个子模块的通断，可将直流电转换为交流电。三、驱动电机控制器的功能1. CAN通讯电机系统具备高速CAN网络通讯功能。能根据整车CAN协议内容正确的进行CAN报文发送、接收及解析，有效的实现单品及整车功能策略。如图所示整车CAN通讯示意图。2. 能量转换第一种 直流电转换为三相交流电：将电能转化为机械能，用于驱动车辆行驶运行，如图所示为直流电转交流电示意图。第二种 三相交流转直流：将机械能转化为电能，实现制动能量回收，提高车辆续航里程。如图所示为交流电转直流电示意图。3. 扭矩执行正扭矩执行：驾驶员踩油门时，整车控制器发送正扭矩值给电机控制器，电机系统驱动车辆运行；如图所示为正扭矩执行图。负扭矩执行：驾驶员踩刹车时，整车控制器发送负扭矩值给电机控制器，电机系统将能量反馈到动力蓄电池，实现能量回收。如图所示为负扭矩执行图。4. 放电功能电机控制器内含有大容量电容，考虑电容自行放电时间长存在高压安全风险，故电机系统需具备放电功能。5. 安全保护功能电机系统具备故障检测、故障提醒、故障处理等安全保护功能。如图所示为控制器功能示意图。
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