理论教育 纯电动汽车动力系统及电机控制器选择

纯电动汽车动力系统及电机控制器选择

时间:2023-10-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:纯电动汽车是以蓄电池为唯一车载电源,并由电动机驱动的汽车。目前,纯电动汽车用驱动电动机主要有直流电动机、异步电动机、永磁无刷电动机和开关磁阻电动机。②按电动机控制器最大限流值选择动力线导线。

纯电动汽车动力系统及电机控制器选择

纯电动汽车是以蓄电池为唯一车载电源,并由电动机驱动的汽车。

车用驱动电机要具有调速范围宽、转速高、起动转矩大、体积小、质量小、效率高等特性,另外,还要求动态制动能力强,并具有能量回馈功能,这样才能使纯电动汽车具有良好的使用性能。目前,纯电动汽车用驱动电动机主要有直流电动机、异步电动机、永磁无刷电动机和开关磁阻电动机。其中,直流电动机的控制原理见图4-167。目前普遍安装在纯电动汽车上的感应驱动电动机,基本上都采用矢量控制和直接转矩控制方式控制,其中,交流异步电动机的控制原理见图4-168。永磁无刷电动机则分为无刷直流电动机和正弦波驱动的永磁同步电动机两种,这两种电动机都具有较高的功率密度,电动机的控制方式也与感应电动机的控制方式基本相同,永磁无刷电动机的控制原理见图4-169。

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图4-167 直流电动机控制系统

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图4-168 交流异步电动机控制系统

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图4-169 永磁无刷电动机控制系统

1.电动机的安装

电动机的装配需要注意以下方面:

(1)以驱动电动机代替发动机,一般将其安装在发动机舱或者传统动力传动系统的安装位置。安装时,可参照动力总成安装方式,将电动机支架焊接到指定位置之后,再把电动机安装至设计位置,并校核电动机的角度,它在Y-Z面的投影应该与后桥接口轴线共线,轴线的误差不大于0.5°。校核电动机轴线与Y-Z面的平行情况,它的轴线与Y-Z面夹角不应大于0.5°。

(2)安装电动机时,要配备软垫以防止车辆行驶中的大幅振动。安装的软垫不能有明显的变形、扭曲,安装结构必须固定牢靠,不能松脱,见图4-170。

(3)安装电动机时,要认真查看进水口、出水口的位置,防止接错,安装必须牢靠,不能出现漏水、破损等情况。

(4)安装电动机时,不允许超出电动机轴伸端上允许承受的轴向力和径向力。

(5)法兰或脚座的固定螺钉要位于同一平面上。拧紧固定螺钉时,为防止螺钉变形,须使用强度等级至少为8.8的内六角柱头螺钉,需要注意电动机法兰固定螺钉的拧紧力矩

(6)尽量不要提前拆下所有保护盖,除非马上要开始安装相关部件。

(7)电动机驱动端的螺钉必须带垫片。在安装非弹性部件时,原则上要对非驱动端进行加固。

2.打气泵及转向助力泵的安装

纯电动汽车所用打气泵和转向助力泵的功能与混合动力车基本一致。转向助力泵的安装见图4-171,打气泵的安装见图4-172。

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图4-170 交流感应电动机的安装

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图4-171 转向助力泵安装

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图4-172 打气泵安装

3.高压电气系统

新能源电气系统主要由蓄电池管理系统模块、驱动及控制管理模块、整车控制模块、蓄电池、超级电容和电器线路组成。

(1)高压电气系统连接原理见图4-173。

(2)总体电器要求

①在拆包装时和拆包装后,要小心操作,避免控制器受损。

②在搬运过程中,必须小心轻放。不能倒放。严禁从高处摔落,以防止损坏内部器件。

③安装场所应清洁干燥,避免在高温潮湿、阳光直射或有腐蚀性气体的环境中作业。

④应利用底座上的安装孔,将装置固定于平坦的平面上垂直安装。在可能产生振动的固定位置,应设有防振橡胶垫。

(3)蓄电池管理系统模块

①控制器搭铁的绝缘电阻应该不小于100MΩ。

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图4-173 高压电气系统连接原理图

②根据控制器尺寸裁好绝缘板,再根据托架上定位孔的位置,用电钻钻出适合的孔。将绝缘板、托架在安装孔位处用M8螺栓、弹垫、平垫、螺母及绝缘块固定在车身上。

③控制器的布置应远离发热和制冷元件。如无法避开这些位置,则应采取可靠的隔离措施。

④控制器的布置应远离易撞击、污染、暴晒、水浸的位置。

⑤按图4-174的标识进行接线。

(4)驱动及控制管理模块

①检查在本工序所需要安装的总成或者零部件是否正确,紧固件是否紧固到位,运动件是否灵活可动。

②检查在本工序安装使用的紧固件是否良好。如果螺栓、螺母出现螺纹损坏,则应及时进行更换。

③检查本工序所需要安装的零部件和总成的外观是否良好,有无损伤、划痕,外装饰是否完整,有无装饰外观缺陷和电镀缺陷。

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图4-174 蓄电池管理系统模块

1—变频+ 2—发电+ 3—发电- 4—变频- 5—电容+ 6—电容-

④检查本工序所需要安装的焊接件。焊接部位是否存在虚焊、漏焊,焊缝是否均匀,有无气孔、沙眼,有无焊瘤、焊渣。

⑤检查大型焊接件和其他零部件、塑料件的安装孔位置是否正确。如果出现较大的差异,则应该立即进行更换。

⑥如果出现装配部件不到位,活动部件运动不良,错装、漏装现象,以及部件损伤等质量问题,应该退回上一工序进行返工处理。

⑦电动机控制器的外观应该清洁干净,必须有出厂号码。另外,各部位应无裂痕、缺损,螺钉应紧固到位。

⑧电动机控制器的插接器插口、插座应能够插接到位,无松动现象。

⑨电动机控制器的插接器插件应牢固,不得有少线、裸线现象。

⑩电动机控制器运行时有一定的噪声(小于40dB),请尽量布置在远离人的位置。

⑪给M8螺栓套上弹垫、平垫,穿过备好的绝缘板,再穿过带孔的木圆垫,固定在车尾顶层相应的安装位置。木圆垫的反面也用相同方法固定。两边的绝缘板上各装配四个木圆垫,中间的两块绝缘板各装配两个木圆垫。

⑫根据电动机控制器尺寸裁好绝缘板,再根据托架上定位孔的位置,用电钻钻出适合的孔,将绝缘板、托架在安装孔位处用M8螺栓、弹垫、平垫、螺母及绝缘块固定在车身上。

⑬电动机控制器的布置应远离发热和制冷元件。如无法避开这些位置,应采取可靠的隔离措施。

⑭控制器应远离易撞击、污染、暴晒、水浸的位置布置。

⑮强电部分:U、V、W接头与驱动电动机的U、W、V柱连接。“+”、“-”极与高压控制器的“变频+”、“变频-”柱连接,见图4-175。

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图4-175 驱动及控制管理模块

(5)整车控制模块(图4-176)

电线露出护套部分的长度为10cm±2cm。端子处的铜线露出1~2cm为宜。

②按电动机控制器最大限流值选择动力线导线。动力线路的载流面积应满足汽车使用中的最大电流要求。

③动力线路的阻燃和耐火性能需满足GB/T 19666—2005《阻燃和耐火电线电缆通则》的要求。

④安装和绑扎时应保证动力线不松动,并具有抗振功能,确保输电可靠。

⑤动力线连接器应能在-40~80℃范围内正常工作。

⑥选择适宜的电工防护材料,采取二级绝缘措施。

⑦动力线路的过线孔应采取防护措施,并具有防止振动和摩擦的功能。

⑧线路的交差、拐角处要圆滑,不应损伤导线。

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图4-176 整车控制模块

根据标识将电缆接入电容+、电容-、变频器+、变频器-,蓄电池总正极线接入电池+,蓄电池动力延长线接入电池-,永磁发电机相线接入U、V、W。将整车控制器控制线束与其他预留线束对接,注意接口具有唯一性。

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图4-177 动力锂电池

(6)动力锂电池(图4-177)

①取出动力锂电池,轻拿轻放,附件集中存放待用。

②分组完成后,将锂电池摆放整齐,不可堆叠。区分清楚,不可混淆。

测量模块电压,判断正负极准确性。模块电压在直流状态下为64V左右。(万用表红色表针接蓄电池模块红色插头,黑色表针接蓄电池模块黑色插头,读数应为正值。

(7)超级电容(图4-178)

①取出超级电容,轻拿轻放,附件集中存放待用。

②以16个超级电容为1组,再将每组分成两区,即1区和2区。1区的8个装在车身左侧,2区的8个装在车身右侧。

③分组完成后,将超级电容摆放整齐,不可堆叠,且区分清楚不可造成混淆。

④卸下电容模块自带M8、M10螺钉。去除电容模块正负极短路连接线。将电容支架装于高压设备舱内,固定方式为埋铁打孔攻螺纹,M12螺栓固定。然后将电容放到支架上固定。

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图4-178 超级电容

⑤超级电容的选择。整车驱动电动机最大功率为90kW。平台电压为430V时,电堆所需放出的电流为300A。应考虑整车设计的模块化,确定超级电容型号为48V/165F,为适应整车电压平台,还要有冗余量。超级电容模块数确定为14组,每组串联18个。具体数据见表4-6。

表4-6 电容参数表

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