《新能源汽車驅(qū)動電機及控制技術(shù)》課件-1.電機及控制系統(tǒng)概述

2023新能源汽車驅(qū)動電機及控制技術(shù)THEME修德勵志

強能善技01INTRODUCTION電機及控制系統(tǒng)02INTRODUCTION驅(qū)動電機04INTRODUCTION能量傳遞與冷卻系統(tǒng)03INTRODUCTION電機控制器目錄CONTENTSAtmosphericminimalistppttemplateAtmosphericminimalistppttemplateAtmosphericminimalistppttemplateAtmosphericminimalistppttemplateAtmosphericminimalistppttemplateAtmosphericminimalistppttemplate電機及控制系統(tǒng)概述01PART相關(guān)知識電機及控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件之一，是車輛行駛的主要執(zhí)行機構(gòu)，其驅(qū)動特性決定了車輛的主要性能指標。本項目從系統(tǒng)作用、分類、組成、主流供應商、發(fā)展趨勢等三個方面，對新能源汽車的電機及控制系統(tǒng)進行介紹。另外，因為新能源汽車一般都帶有遠超人體安全電壓的高壓系統(tǒng)，在檢修過程中要注意高壓安全防護，且新能源汽車的故障認定、檢修工作有別于傳統(tǒng)汽車，所以本項目還將介紹電機及控制系統(tǒng)的安全防護和故障認定方法。1.1.1電機及控制系統(tǒng)組成項

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讀相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)組成知識目標技能目標思政目標（1）熟悉電機及控制系統(tǒng)的組成。（2）了解電機及控制系統(tǒng)的主流供應商和發(fā)展趨勢。（3）掌握電機及控制系統(tǒng)的安全防護方法。（4）熟悉電機及控制系統(tǒng)的故障認定方法。（1）能夠識別電機及控制系統(tǒng)的各個組成部件。（2）能夠進行電機及控制系統(tǒng)的安全防護。（3）能夠?qū)﹄姍C及控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行認定。（1）具備專業(yè)相關(guān)的人文素養(yǎng)、職業(yè)道德和創(chuàng)新意識，弘揚精益求精的工匠精神。（2）增強安全操作、團隊協(xié)作的意識。（3）養(yǎng)成勇于奮斗、樂觀向上的精神風貌。相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)組成2022年全國機動車保有量達4.17億輛，其中汽車3.19億輛；全國新能源汽車保有量達1310萬輛，占汽車總量的4.1%。2022年新能源汽車召回車輛121.2萬輛，同比增長31.5%。新能源汽車缺陷線索報告4300例，主要反映動力電池、電機、電控系統(tǒng)問題占新能源汽車缺陷線索報告的41.9%。保有量增加召回投訴增加

比亞迪汽車2022年銷售新能源汽車186.35萬輛，2023年上半年，銷售新能源汽車125.56萬輛，2023年銷售目標300萬輛。相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)組成電機及控制系統(tǒng)作用新能源汽車的電機及控制系統(tǒng)主要具有以下兩個作用：①驅(qū)動車輛前進或后退，即讓驅(qū)動電機處于電動模式，電機控制器控制驅(qū)動電機運行，并將電能轉(zhuǎn)換成機械能；②回收制動能量，當車輛減速和制動時，讓驅(qū)動電機處于發(fā)電模式，驅(qū)動電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能，并通過電機控制器給動力電池充電。相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)組成

作為新能源汽車的核心三電部件（電池、電機、電控系統(tǒng)）之一，驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)未來發(fā)展前景可觀。相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)組成0201（2）電機實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的快速響應性指標要比發(fā)動機高出兩個數(shù)量級。常規(guī)來說，電氣執(zhí)行的響應速度都要比機械機構(gòu)快幾個數(shù)量級，因此隨著計算機電子技術(shù)的發(fā)展，用先進的電氣控制系統(tǒng)來取代笨重、龐大而響應滯后的部分機械、液壓裝置已成為技術(shù)進步的必然趨勢。這樣不但使各項性能指標大大提高，也將使制造成本降低。（1）由于發(fā)動機能高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速被限制在一個較窄的范圍內(nèi)，因而需通過龐大而復雜的變速機構(gòu)來適應這一特性，而電機可以在相當寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)高效地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。電機驅(qū)動與發(fā)動機驅(qū)動相比具有以下兩大技術(shù)優(yōu)勢：相關(guān)知識（2）全速段高效運行。一次充電續(xù)航里程長，特別是在車輛頻繁起停或變速運行的情況下，驅(qū)動電機應具有較高的效率。（3）低速大轉(zhuǎn)矩及寬范圍的恒功率特性。即使沒有變速器，驅(qū)動電機本身也應能滿足所需的轉(zhuǎn)矩特性，以滿足在起動、加速、制動等要求。（4）高可靠性。在任何運行工況下都應具有高可靠性，以確保車輛的行駛安全。（1）體積小、質(zhì)量輕。為了充分利用有限的車載空間，減小車輛質(zhì)量，降低運行中的能量消耗，應盡量減小驅(qū)動電機的體積和質(zhì)量。1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成新能源汽車對驅(qū)動電機的性能要求：相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成（6）安全性能達標。動力電池組、驅(qū)動電機等強電部件的工作電壓能達到300V以上，對電氣系統(tǒng)的安全性提出了更高的要求。（7）高轉(zhuǎn)速。與低轉(zhuǎn)速電機相比，高轉(zhuǎn)速電機的體積和質(zhì)量較小，有利于降低整車裝備的質(zhì)量。（5）高電壓。在允許的范圍內(nèi)盡可能采用高電壓，可以減小電機的尺寸和控制器、導線等設備的尺寸，可以降低逆變器的成本。（8）使用壽命長。為降低新能源汽車的使用成本，驅(qū)動電機的使用壽命應與車輛保持一致，真正實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標。相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成常用驅(qū)動電機性能對比：性能直流電動機交流異步電動機永磁同步電動機開關(guān)磁阻電動機功率密度差一般好一般力矩轉(zhuǎn)速性能一般好好好轉(zhuǎn)速范圍（r/min）4000～60009000～150004000～10000>15000最大功率(kW)85～8994～9595～97<90可操作性差好好好結(jié)構(gòu)堅固性差好一般好體積、質(zhì)量大、重一般、一般小、輕小、輕功率10%負荷率%80～8779～8590～928～86相關(guān)知識電機及控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件之一，是車輛行駛的主要執(zhí)行機構(gòu)，其驅(qū)動特性決定了車輛的主要性能指標。本項目從系統(tǒng)組成、主流供應商、發(fā)展趨勢等三個方面，對新能源汽車的電機及控制系統(tǒng)進行介紹。另外，因為新能源汽車一般都帶有遠超人體安全電壓的高壓系統(tǒng)，在檢修過程中要注意高壓安全防護，且新能源汽車的故障認定、檢修工作有別于傳統(tǒng)汽車，所以本項目還將介紹電機及控制系統(tǒng)的安全防護和故障認定方法。1.1.1電機及控制系統(tǒng)組成項

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讀相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)組成知識目標技能目標思政目標（1）熟悉電機及控制系統(tǒng)的組成。（2）了解電機及控制系統(tǒng)的主流供應商和發(fā)展趨勢。（3）掌握電機及控制系統(tǒng)的安全防護方法。（4）熟悉電機及控制系統(tǒng)的故障認定方法。（1）能夠識別電機及控制系統(tǒng)的各個組成部件。（2）能夠進行電機及控制系統(tǒng)的安全防護。（3）能夠?qū)﹄姍C及控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行認定。（1）具備專業(yè)相關(guān)的人文素養(yǎng)、職業(yè)道德和創(chuàng)新意識，弘揚精益求精的工匠精神。（2）增強安全操作、團隊協(xié)作的意識。（3）養(yǎng)成勇于奮斗、樂觀向上的精神風貌。相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成組成電機總成電機控制器高壓電氣連接系統(tǒng)高壓配電盒等低壓蓄電池驅(qū)動電機系統(tǒng)的組成：相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成電機總成又稱動力總成，是指車輛上產(chǎn)生動力，并將動力傳遞到路面的一系列零部件。1．電機總成總成是機械領域的常用名詞，通常指一系列零件組成的整體，這個整體可以實現(xiàn)某個特定功能。汽車總成是指由若干零部件、組合件或附件組合裝配而成，并具有獨立功能的汽車組成部分，如變速器、轉(zhuǎn)向器、前橋、后橋、車身、車架、駕駛室等。相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成電機總成主要包括驅(qū)動電機和變速器。驅(qū)動電機新能源汽車中常用的驅(qū)動電機有永磁同步電機、交流異步電機、開關(guān)磁阻電機等。變速器變速器又稱減速器，可以調(diào)節(jié)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。例如，在車輛轉(zhuǎn)彎的時候，變速器控制兩邊的車輪以不同的速度轉(zhuǎn)動，或者在車輛定速巡航的狀況下減小驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩，以達到減耗、減噪的目的。與傳統(tǒng)汽車對變速器的要求相比，新能源汽車對變速器的要求并不高，因此一般混合動力汽車或者純電動汽車只需配置較簡易的變速器即可。相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成

為什么新能源汽車多采用前輪驅(qū)動？（1）生產(chǎn)成本較低。從新能源汽車的生產(chǎn)成本來看，前驅(qū)的車輛省略掉了一根比較長的傳動軸，可以節(jié)省一部分費用。（2）設計簡單、節(jié)省空間。新能源汽車的機艙里面沒有龐大而復雜的發(fā)動機、變速器、傳動系統(tǒng)等，車輛前部的空間富余較多。因此，采用前輪驅(qū)動的設計較簡單，同時可以使驅(qū)動電機和制動能量回收設備的分布足夠緊湊。（3）歷史遺留問題。一些新能源汽車底盤的生產(chǎn)線是根據(jù)“油改電”原則，從傳統(tǒng)汽車底盤的生產(chǎn)線改造來的，而傳統(tǒng)汽車多采用前輪驅(qū)動。在底盤布局難以改變的情況下，把與發(fā)動機相關(guān)的傳動裝置拿掉，直接裝電機總成更為容易，因此新能源汽車也多采用前輪驅(qū)動。知識擴展相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成電機控制器可以將動力電池的直流電轉(zhuǎn)換成交流電來為驅(qū)動電機供電，并通過改變電流的頻率來控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，通過改變電流幅值來控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩；也可以將驅(qū)動電機產(chǎn)生的交流電整流成直流電來為動力電池充電，以實現(xiàn)制動能量的回收。2．電機控制器

某品牌的電機控制器相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成電機控制器構(gòu)成小貼士新能源汽車的電機控制器主要由控制單元、逆變橋驅(qū)動單元、逆變橋、電容器、電流傳感器、電路接口、冷卻水道、殼體等構(gòu)成。新能源汽車的控制系統(tǒng)除了包括電機控制器外，還包括整車控制單元（vehiclecontrolunit，簡稱VCU）、高壓自動斷開控制器等。各控制器可通過控制器局域網(wǎng)絡（controllerareanetwork，簡稱CAN）總線實現(xiàn)實時通信。相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成高壓連接器新能源汽車的高壓連接器區(qū)別于傳統(tǒng)汽車低壓連接器新能源汽車專用的高壓連接器（見圖）。在高壓連接器的選型中，需要根據(jù)使用環(huán)境（如溫度、濕度、海拔等）、安裝條件（如振動條件、體積結(jié)構(gòu)、密封等級要求等）、載流特性等合理進行選擇。通常，新能源汽車中選用的高壓連接器都具有安全防護等級高、耐高溫、載流大、功耗低、抗油脂、體積小、輕量化、壽命長、成本低等特點。高壓電氣連接系統(tǒng)主要由高壓連接器、高壓線束等組成。3．高壓電氣連接系統(tǒng)相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成高壓線束高壓線束（見圖）又稱高壓線路總成，用于連接高壓部件，是新能源汽車上安全性要求很高的組件，其設計及布置具有非常重要的安全意義。高壓線束的設計及布置包括線束走向、線徑、高壓連接器的選型、充電口的選型、屏蔽防護、固定工作、高壓線槽的設計及高壓互鎖防護等內(nèi)容。高壓線束相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成高壓電氣連接系統(tǒng)的組件都帶有警示標記，維修人員可通過警示標記獲知組件可能帶來高電壓危險。但是由于高壓線束可能有幾米長，因此只在少數(shù)幾個位置設有警示標記的意義不大。為了提高維修人員的警覺性，廠家普遍用橙色（警告色）來標記整段高壓線束。相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成高壓配電盒（powerdistributionunit，簡稱PDU）通過母排及高壓線束連接高壓部件，為電機及控制系統(tǒng)提供充放電控制、高壓部件上電控制、電路過載短路保護、高壓采樣、低壓控制等功能，保護和監(jiān)控高壓系統(tǒng)的運行。PDU不僅配置靈活，還可以集成其他模塊（如動力電池、逆變器等），以滿足不同客戶、不同車型的需求。PDU通常包括手動維修開關(guān)、DC/DC變換器、車載充電機等。4．高壓配電盒相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成1）手動維修開關(guān)

手動維修開關(guān)（manualservicedisconnect，簡稱MSD）是在新能源汽車進行檢修時，為了確保人車安全，通過手動的方式將高壓系統(tǒng)的電源斷開的裝置。

在車輛進行大的維修保養(yǎng)、更換高壓核心部件時，應啟用MSD。MSD對插拔次數(shù)有要求，一般允許的插拔次數(shù)為50～100次。頻繁插拔會導致在連接器與觸點上形成劃痕、產(chǎn)生較大的阻抗、使其工作溫度升高等嚴重后果，也會影響MSD的使用壽命。相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成2）DC/DC變換器如圖所示為DC/DC變換器的外形和銘牌。DC/DC變換器的主要功能是電流的轉(zhuǎn)換。在汽車行駛期間，DC/DC變換器將動力電池供給的高壓直流電轉(zhuǎn)換為12V低壓直流電，為各低壓用電設備供電，或為低壓蓄電池充電。（a）外形

（b）銘牌

DC/DC變換器的外形和銘牌相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成3）車載充電機

車載充電機（onboardcharger，簡稱OBC）是一種將交流電變換為直流電的裝置，它可以通過插頭、導線與交流插座連接。動力電池在需要充電的時候，只要有可用的供電插座，就可以通過OBC進行充電。但由于車上空間有限，OBC的功率處理能力有限，因此只能實現(xiàn)小電流慢充電，充電時間通常較長。功率處理能力是指OBC長期連續(xù)安全工作的功率輸入能力。相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成

低壓蓄電池又稱12V輔助電池，在新能源汽車的不同狀態(tài)下發(fā)揮著不同的作用。在車輛上電期間：當啟動開關(guān)狀態(tài)為ACC（附件通電）時，低壓蓄電池給車輛的附件供電，當啟動開關(guān)狀態(tài)為ON（全車通電）時，低壓蓄電池還要給車輛的控制電路及動力電池的接觸器供電在車輛行駛期間：當?shù)蛪合到y(tǒng)負載過重或DC/DC變換器無法為低壓系統(tǒng)供電時，低壓蓄電池為低壓系統(tǒng)供電。5．低壓蓄電池相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)的組成電機驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)電模式當車輛在滑行或制動時，整車控制器檢測到滿足一定條件則發(fā)出能量回收指令，IGBT（insulate-gatebipolartransistor，絕緣柵雙極型晶體管）模塊輸出為0，電機停止工作，驅(qū)動車輪通過傳動系統(tǒng)使電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，此時電動機就成了發(fā)電機，輸出三相正弦交流電，IGBT模塊將交流電轉(zhuǎn)換成直流電向動力電池充電。啟動能量回收條件如下：（1）加速踏板開度為0或制動；（2）電池電量小于95%；（3）動力電池溫度小于45℃；（4）各系統(tǒng)無故障。。啟動能量回收條件如下。知識擴展相關(guān)知識電機及控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件之一，是車輛行駛的主要執(zhí)行機構(gòu)，其驅(qū)動特性決定了車輛的主要性能指標。本項目從系統(tǒng)作用分類及組成、主流供應商、發(fā)展趨勢等三個方面，對新能源汽車的電機及控制系統(tǒng)進行介紹。另外，因為新能源汽車一般都帶有遠超人體安全電壓的高壓系統(tǒng)，在檢修過程中要注意高壓安全防護，且新能源汽車的故障認定、檢修工作有別于傳統(tǒng)汽車，所以本項目還將介紹電機及控制系統(tǒng)的安全防護和故障認定方法。1.1.1電機及控制系統(tǒng)組成項

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讀相關(guān)知識1.1.1電機及控制系統(tǒng)組成知識目標技能目標思政目標（1）熟悉電機及控制系統(tǒng)的組成。（2）了解電機及控制系統(tǒng)的主流供應商和發(fā)展趨勢。（3）掌握電機及控制系統(tǒng)的安全防護方法。（4）熟悉電機及控制系統(tǒng)的故障認定方法。（1）能夠識別電機及控制系統(tǒng)的各個組成部件。（2）能夠進行電機及控制系統(tǒng)的安全防護。（3）能夠?qū)﹄姍C及控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行認定。（1）具備專業(yè)相關(guān)的人文素養(yǎng)、職業(yè)道德和創(chuàng)新意識，弘揚精益求精的工匠精神。（2）增強安全操作、團隊協(xié)作的意識。（3）養(yǎng)成勇于奮斗、樂觀向上的精神風貌。相關(guān)知識1.1.2驅(qū)動電機型號命名

驅(qū)動電機型號由驅(qū)動電機類型代號、尺寸規(guī)格代號、信號反饋元件代號、冷卻方式代號、預留代號五部分組成。TZ

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XXX預留代號冷卻方式代號信號反饋元件代號尺寸規(guī)格代號驅(qū)動電機類型代號驅(qū)動電機型號命名相關(guān)知識1.1.2驅(qū)動電機型號命名1.驅(qū)動電機類型代號：KC——開關(guān)磁阻電機；TF——方波控制型永磁同步電機；TZ——正弦控制型永磁同步電機；YR——異步電機（繞線式）；YS——異步電機（鼠籠式）；ZL——直流電機。TZ

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XXX預留代號冷卻方式代號信號反饋元件代號尺寸規(guī)格代號驅(qū)動電機類型代號相關(guān)知識1.1.2驅(qū)動電機型號命名2.尺寸規(guī)格代號：一般采用定子鐵心的外徑來表示，對于外轉(zhuǎn)子電機，采用外轉(zhuǎn)子鐵心外徑來表示。TZ

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XXX預留代號冷卻方式代號信號反饋元件代號尺寸規(guī)格代號驅(qū)動電機類型代號相關(guān)知識1.1.2驅(qū)動電機型號命名3.信息反饋元件代號：M——光電編碼器；X——旋轉(zhuǎn)變壓器；H——霍爾元件。無傳感器不必標注。TZ

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XXX預留代號冷卻方式代號信號反饋元件代號尺寸規(guī)格代號驅(qū)動電機類型代號相關(guān)知識1.1.2驅(qū)動電機型號命名4.冷卻方式代號：S——水冷方式；Y——油冷方式；F——強迫風冷方式。非強迫冷卻方式（自然冷卻）不必標注。TZ

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XXX預留代號冷卻方式代號信號反饋元件代號尺寸規(guī)格代號驅(qū)動電機類型代號5.預留代號：用英文大寫字母或阿拉伯數(shù)字組合，其含義由制造商自行確定。相關(guān)知識1.1.2驅(qū)動電機型號命名驅(qū)動電機型號：TZ220XYETZ——永磁同步電機；220——定子鐵心的外徑mm；X——旋轉(zhuǎn)變壓器；Y——油冷方式；E——預留代碼；相關(guān)知識電機及控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件之一，是車輛行駛的主要執(zhí)行機構(gòu)，其驅(qū)動特性決定了車輛的主要性能指標。本項目從系統(tǒng)作用、分類、組成、主流供應商、發(fā)展趨勢等三個方面，對新能源汽車的電機及控制系統(tǒng)進行介紹。另外，因為新能源汽車一般都帶有遠超人體安全電壓的高壓系統(tǒng)，在檢修過程中要注意高壓安全防護，且新能源汽車的故障認定、檢修工作有別于傳統(tǒng)汽車，所以本項目還將介紹電機及控制系統(tǒng)的安全防護和故障認定方法。項

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讀1.1.2電機及控制系統(tǒng)的主流供應商相關(guān)知識知識目標技能目標思政目標（1）熟悉電機及控制系統(tǒng)的組成。（2）了解電機及控制系統(tǒng)的主流供應商和發(fā)展趨勢。（3）掌握電機及控制系統(tǒng)的安全防護方法。（4）熟悉電機及控制系統(tǒng)的故障認定方法。（1）能夠識別電機及控制系統(tǒng)的各個組成部件。（2）能夠進行電機及控制系統(tǒng)的安全防護。（3）能夠?qū)﹄姍C及控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行認定。（1）具備專業(yè)相關(guān)的人文素養(yǎng)、職業(yè)道德和創(chuàng)新意識，弘揚精益求精的工匠精神。（2）增強安全操作、團隊協(xié)作的意識。（3）養(yǎng)成勇于奮斗、樂觀向上的精神風貌。1.1.2電機及控制系統(tǒng)的主流供應商相關(guān)知識1．國內(nèi)主流供應商我國電機及控制系統(tǒng)行業(yè)起步較晚，但受益于需求的不斷擴大及國家的大力支持，市場規(guī)模擴大較快。目前，除了新成立的高新企業(yè)外，國內(nèi)相當一部分的電機及控制系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)是從傳統(tǒng)電機制造商轉(zhuǎn)型而來的。但是，我國具有數(shù)量龐大的電機及控制系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)，人力資源和稀土資源豐富，這些都有利于電機及控制系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展。我國電機及控制系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)主要可以分為兩類，一是具備電機及控制系統(tǒng)生產(chǎn)能力的整車企業(yè)，二是第三方供應商。1.1.2電機及控制系統(tǒng)的主流供應商相關(guān)知識1.1.2電機及控制系統(tǒng)的主流供應商比亞迪股份有限公司創(chuàng)立于1995年，總部位于廣東省深圳市，是一家擁有IT、汽車及新能源三大產(chǎn)業(yè)群的新技術(shù)民營企業(yè)。2006年，其收購西安秦川汽車有限責任公司，成立比亞迪汽車有限公司，正式進入汽車制造與銷售領域，開始民族自主汽車品牌的發(fā)展征程。長城汽車股份有限公司長城股份有限公司（簡稱長城汽車）成立于1984年，總部位于河北省保定市，是國內(nèi)規(guī)模最大的SUV、皮卡生產(chǎn)廠商。2018年，創(chuàng)立歐拉品牌，這是中國主流自主車企中第一個獨立的新能源汽車品牌。精進電動科技股份有限公司是我國新能源汽車驅(qū)動電機行業(yè)的領軍企業(yè)，其驅(qū)動電機的產(chǎn)量、銷量和出口量均高居我國新能源汽車驅(qū)動電機領域的首位。是全球產(chǎn)銷量領先的獨立驅(qū)動電機供應商之一，年產(chǎn)量達10萬臺以上。1．國內(nèi)主流供應商相關(guān)知識深圳市大地和電氣股份有限公司簡稱深圳大地和，是經(jīng)市屬事業(yè)性科研單位改制而來的，此前一直致力于永磁同步電機、交流異步電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)，經(jīng)歷了批量生產(chǎn)和規(guī)范化管理的模式轉(zhuǎn)變，現(xiàn)年產(chǎn)量達兩萬臺。上海大郡動力控制技術(shù)有限公司簡稱上海大郡，主要從事電機及控制系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。搭建了集成一體化電機系統(tǒng)、純電動牽引電機系統(tǒng)、雙電機系統(tǒng)及大功率電機驅(qū)動系統(tǒng)等四大電機及控制系統(tǒng)產(chǎn)品平臺，滿足不同類型新能源汽車的需求。上海電驅(qū)動股份有限公司簡稱上海電驅(qū)，研究方向覆蓋電機及控制系統(tǒng)領域的各個方面。建立了較為完整的生產(chǎn)管理流程和質(zhì)量管理規(guī)范，目前已形成純電動汽車、混合動力汽車、輪轂電機和輔助電機等四個產(chǎn)品研發(fā)平臺。1．國內(nèi)主流供應商1.1.2電機及控制系統(tǒng)的主流供應商相關(guān)知識歐美國家開發(fā)的電機及控制系統(tǒng)多以交流感應電機為核心。其主要優(yōu)點是價格較低，性能可靠；缺點是啟動轉(zhuǎn)矩較小，運行時效率較低。同時，歐美國家在輪轂電驅(qū)動、集成化電驅(qū)動等方面也進行了卓有成效的研究。日本相關(guān)企業(yè)和研究機構(gòu)主要開發(fā)混合動力汽車，采用永磁同步電機。與交流感應電機相比，永磁同步電機的效率較高、體積較小，但價格較高。同時，日本在電機及控制系統(tǒng)集成化研究方面，尤其是混合動力總體驅(qū)動技術(shù)方面取得了顯著的成果。2．國外主流供應商1.1.2電機及控制系統(tǒng)的主流供應商相關(guān)知識豐田汽車公司簡稱豐田，是全球范圍內(nèi)汽車銷量領先、綜合實力強大的日本跨國汽車制造商。作為新能源汽車研發(fā)領域的先驅(qū)，在電機及控制系統(tǒng)技術(shù)上具有完備的儲備積累，在企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)了電機及控制系統(tǒng)的直接供貨。西門子股份公司簡稱西門子，是全球領先的技術(shù)企業(yè)，總部德國，專注于電氣化、自動化和數(shù)字化領域，是世界最大的高效能源和資源節(jié)約型技術(shù)供應商之一。擁有全球領先的驅(qū)動技術(shù)，可提供具有各種性能級別和設計形式的驅(qū)動電機。日立汽車系統(tǒng)有限公司簡稱日立汽車系統(tǒng)，產(chǎn)品主要有發(fā)動機管理系統(tǒng)、電子傳動系統(tǒng)、行駛控制系統(tǒng)等。為了改善經(jīng)營狀況，日立汽車系統(tǒng)于2013年大幅增加設備和研發(fā)投資，在智能駕駛方面有所突破，是高端磁性材料專利擁有者。2．國外主流供應商1.1.2電機及控制系統(tǒng)的主流供應商相關(guān)知識大陸集團總部在德國漢諾威，擁有五大業(yè)務部門，即底盤與安全系統(tǒng)分部、動力總成系統(tǒng)分部、車身電子系統(tǒng)分部、輪胎分部和康迪泰克分部。大陸集團的驅(qū)動電機有感應電機、永磁同步電機及采用電磁型勵磁裝置的交流同步電機等。羅伯特·博世股份有限公司簡稱博世，全球最大的汽車零部件供應商，總部德國。博世擅長的業(yè)務有燃料電池技術(shù)、自動駕駛技術(shù)和汽車電子電氣架構(gòu)制造技術(shù)等。2011年博世與戴姆勒公司合資成立EM-motive公司，該合資公司主要為新能源汽車生產(chǎn)驅(qū)動電機。安川電機株式會社簡稱安川電機，主要產(chǎn)品有大功率驅(qū)動電機、伺服電機、電機控制器等。安川電機在中國的總公司主要由驅(qū)動控制事業(yè)部、運動控制事業(yè)部、系統(tǒng)工程事業(yè)部及機器人事業(yè)部構(gòu)成。2．國外主流供應商1.1.2電機及控制系統(tǒng)的主流供應商相關(guān)知識

特斯拉電動汽車用交流感應電動機，又稱“異步電動機”，是將轉(zhuǎn)子置于旋轉(zhuǎn)磁場中，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，獲得一個轉(zhuǎn)動力矩，因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的裝置。特斯拉使用的電動機是自主設計研發(fā)，特斯拉的電動機在美國的內(nèi)華達生產(chǎn)。在最新的Model3車型上，特斯拉公司卻選用了三相永磁電機。

從性能上看，永磁同步電機在瞬態(tài)仍然可以保證較高的效率，同時有著更大的功率密度，因此適用于頻繁起停的工況以及較小的乘用車布置空間。而感應電動機勝在成本低、可靠性更高，同時穩(wěn)態(tài)的效率也不錯，因而在高速路網(wǎng)發(fā)達的工況以及較大的乘用車布置空間的條件下，感應電機可以滿足需求。1.1.2電機及控制系統(tǒng)的主流供應商相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護在ISO國際標準《ISO6469-3:2001電動汽車安全技術(shù)規(guī)范第3部分：人員電氣傷害防護》中，規(guī)定車上的高壓部件應具有高壓互鎖裝置，但并沒有詳細地定義高壓互鎖系統(tǒng)。高壓互鎖，指危險電壓互鎖回路（HVILHazardousVoltageInterlockLoop）；通過使用電氣小信號，來檢查整個高壓產(chǎn)品、導線、連接器及護蓋的電氣完整性（連續(xù)性），識別回路異常斷開時，及時斷開高壓電。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護高壓互鎖絕緣監(jiān)控高壓連接器的安全防護安全防護

與傳統(tǒng)汽車不同，新能源汽車存在著很大的高壓安全隱患，其高達幾百伏的電壓及可能達數(shù)十、數(shù)百安的電流，隨時考驗著車載高壓用電設備的使用安全。因此，為了保證使用及維護安全，必須要做好新能源汽車的安全防護工作。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護1．高壓互鎖1）高壓互鎖的概念高壓互鎖（highvoltageinterlockloop，簡稱HVIL）是指通過低壓信號來檢查整個高壓回路的完整性和連續(xù)性，若識別到回路異常斷開，則及時切斷高壓電源的一種安全設計方法。高壓互鎖的主要設計目的是避免以下兩種情況的發(fā)生：①各種蓋板或者端蓋沒有覆蓋好高壓線束；②高壓線束連接器松動或脫落。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護1．高壓互鎖圖1-12高壓互鎖信號回路連接模式

整車所有高壓連接器的連接位置，都需要高壓互鎖保護，但高壓互鎖信號回路與高壓回路沒有必然的聯(lián)系。例如，整車上兩個高壓用電器構(gòu)成一個完整的高壓回路，進行高壓互鎖設計時，可以為兩個高壓用電器都設置一個單獨的高壓互鎖信號回路，也可以把兩個高壓用電器的高壓互鎖信號串聯(lián)在一個回路中，即高壓互鎖信號回路既可設計成并聯(lián)模式，也可設計成串聯(lián)模式，如圖1-12所示。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護（2）切斷高壓電源：當車輛處于停止狀態(tài)，高壓互鎖識別到危險且情況嚴重時，除了進行故障警告外，還需要將危險信息傳給控制器，控制器將高壓電源切斷，從而有效防止危險事故的發(fā)生。2）高壓互鎖的危險控制策略（1）故障警告：不論車輛處于何種狀態(tài)，當高壓互鎖識別到危險時，都應及時對危險發(fā)出警告（如發(fā)出警告聲或警告燈變亮），從而使駕駛?cè)酥獣攒囕v出現(xiàn)了不良情況，及時采取措施處理。（2）切斷高壓電源：當車輛處于停止狀態(tài)，高壓互鎖識別到危險且情況嚴重時，除了進行故障警告外，還需要將危險信息傳給控制器，控制器將高壓電源切斷，從而有效防止危險事故的發(fā)生。（3）降功率運行：當車輛處于高速行駛狀態(tài)，高壓互鎖識別到危險時，不可立即將高壓電源切斷，需要先發(fā)出警告，再降低電機的運行功率，使車速平穩(wěn)地降下來，盡可能防止危險事故的發(fā)生。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護

北汽EV200高壓互鎖圖相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護2．絕緣監(jiān)控新能源汽車在其高壓車載網(wǎng)絡中設置了絕緣監(jiān)控電路，以監(jiān)測所有高壓部件與可導電殼體之間或與車身搭鐵處之間是否有絕緣故障。如果車身搭鐵處與另一個高壓部件之間存在危險電壓，則說明高壓部件與車身搭鐵處之間的絕緣電阻低于某一限值，存在安全隱患。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護2．絕緣監(jiān)控1）絕緣監(jiān)控的工作原理絕緣監(jiān)控通常集成在一個或兩個高壓部件（如電機控制器或BMS）內(nèi)，通過多次測量電壓，來間接測量高壓部件與車身搭鐵處之間的絕緣電阻。只有高壓部件的所有可導電殼體都與車身連接，且連接導線有電流，才能從一個或兩個中心位置實現(xiàn)絕緣監(jiān)控。殼體彼此之間以及與車身搭鐵處之間的電氣連接稱為電位補償，為此使用的電氣連接線稱為電位補償導線。所有的高壓部件都通過一根電位補償導線連到車身搭鐵處，形成電動勢平衡，即使人們用手觸及兩個故障高壓部件，也不會發(fā)生觸電事故，如圖1-13所示。圖1-13故障高壓部件電動勢平衡相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護2．絕緣監(jiān)控2）絕緣監(jiān)控的要求（1）高壓系統(tǒng)啟動期間以及關(guān)閉高壓系統(tǒng)后，都應對絕緣電阻進行測量。（2）電位補償導線必須足夠粗且盡量短，以允許可能的最大故障電流通過并放電。（3）在電位補償導線和每個高壓元件屏蔽層相通。（4）搭鐵連接處要與高壓組件緊密連接，搭鐵阻抗值應小于0.2Ω。（5）若高壓組件上有防銹漆等，應先將其刮掉再連接。（6）必須保證電位補償導線清潔且無氧化現(xiàn)象。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護

將汽車中的低壓蓄電池和低壓用電部件的負極與車架連接，使車架帶負電，從而使安裝在車架上的低壓電氣設備只需一根從電源另一極引出的導線就可構(gòu)成回路，這種接線制度稱為搭鐵接線制。采用搭鐵接線制的汽車電氣連接制度叫單線制。采用搭鐵接線制和單線制的好處主要有兩點：一是可以節(jié)約導線支出費用，降低整車成本；二是可以減少過多導線造成的鋪線困難、故障點多的問題。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護2．絕緣監(jiān)控3）絕緣電阻的測量①如果各定子繞組的始末端單獨引出，則應分別測量各定子繞組和電機殼體之間的絕緣電阻，不參加測量的其他繞組和埋置的檢溫元件等應與鐵芯或電機殼體進行電氣連接，電機殼體應與車身搭鐵處相連。②如果各定子繞組內(nèi)的中性點連在一起且不易分開時，則應測量所有連在一起的定子繞組和電機殼體之間的絕緣電阻。③測量結(jié)束后，被測回路應與搭鐵的電機殼體進行電氣連接，使其放電。（1）測量驅(qū)動電機的定子繞組和電機殼體之間的絕緣電阻時，應注意以下幾點：相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護2．絕緣監(jiān)控3）絕緣電阻的測量①如果驅(qū)動電機埋置有溫度傳感器，則應分別測量各定子繞組和溫度傳感器之間的絕緣電阻。②如果各定子繞組的始末端單獨引出，則應分別測量各定子繞組和溫度傳感器之間的絕緣電阻，不參加測量的其他繞組、埋置的檢溫元件等應與鐵芯或電機殼體進行電氣連接，電機殼體應與車身搭鐵處相連。③當定子繞組的中性點連在一起且不易分開時，則應測量所有連在一起的定子繞組和溫度傳感器之間的絕緣電阻。④測量結(jié)束后，被測回路應與搭鐵的電機殼體進行電氣連接，使其放電。（2）測量驅(qū)動電機的定子繞組和溫度傳感器之間的絕緣電阻時應注意以下幾點：相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護2．絕緣監(jiān)控3）絕緣電阻的測量①測量前，電機控制器應與外部供電電源和負載分開，不能承受兆歐表高壓沖擊的部件宜從電路中拆除或短接。②測量時，分別測量電機控制器的動力端子與外殼之間、信號端子與外殼以及動力端子與信號端子之間的絕緣電阻，不參加測量的部分應連接車身搭鐵處。③測量結(jié)束后，被測回路應與搭鐵的殼體部分進行電氣連接，使其放電。（3）測量電機控制器的絕緣電阻時，應注意以下幾點。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護3．高壓連接器的安全防護在高壓電氣連接系統(tǒng)中，高壓連接器的安全防護是保障電氣連接安全可靠的關(guān)鍵。它主要指電氣性能滿足設計要求，如絕緣、耐壓、電氣間隙、爬電距離、防呆、防觸指設計等符合要求，其中重點關(guān)注高壓連接器的HVIL防護、密封防護及電磁兼容性。（1）電氣間隙：相鄰兩導體之間或?qū)w與相鄰設備防護界面的最短距離。（2）爬電距離：相鄰兩導體之間或?qū)w與相鄰設備防護界面之間沿固體絕緣表面測量的最短距離。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護3．高壓連接器的安全防護1）高壓連接器的HVIL防護防護要點如下：（1）在高壓連接器的插拔過程中要考慮高壓安全保護，即在高壓連接器的斷開過程中，應先斷開高壓互鎖，后斷開高壓端子，在高壓連接器的接合過程中，則相反。（2）在高壓端子之間安裝高壓互鎖回路，一般有內(nèi)置式和外置式兩種。內(nèi)置式高壓互鎖回路具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小的特點，目前使用廣泛，但是由于其缺少位置固定，如果高壓連接器結(jié)構(gòu)設計不好，在某些惡劣的條件下，互鎖裝置位移會導致互鎖信號的不連續(xù)性，使車輛調(diào)試及駕駛過程存在隱患。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護3．高壓連接器的安全防護2）高壓連接器的外殼密封防護防護要點如下：高壓連接器的外殼防護等級一般要求至少達到IP67，即固態(tài)防護等級為6，以確保完全防止外物及灰塵侵入，液態(tài)防護等級為7，以確保電器短時間浸水時，不因浸水而受損。目前現(xiàn)在最強的手機防水等級是IP68。IP68連接器是防水等級最高標準的連接器。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護3．高壓連接器的安全防護

IP（ingressprotection）等級即電氣設備外殼對異物侵入的防護等級，由兩位數(shù)字組成。IP等級的第一位數(shù)字表示固態(tài)防護等級，范圍是0～6，分別表示無防護、防止直徑大于50mm的固體外物侵入、防止直徑大于12.5mm的固體外物侵入、防止直徑大于2.5mm的固體外物侵入、防止直徑大于1.0mm的固體外物侵入、完全防止固體外物進入且灰塵的侵入量不會影響電器的正常運作、完全防止固體外物及灰塵侵入。IP等級的第二位數(shù)字表示液態(tài)防護等級，范圍是0～9，分別表示無防護、防止垂直水滴侵入、防止傾斜15°的水滴侵入、防止滴淋的水侵入、防止飛濺的水侵入、防止噴射的水侵入、防止強烈噴射的水侵入、短時間浸水時防止水侵入、連續(xù)浸水時防止水侵入、防止高溫或高壓的噴水侵入。相關(guān)知識1.2.1電機及控制系統(tǒng)的安全防護3．高壓連接器的安全防護3）高壓連接器的電磁兼容性要求防護要點如下：高壓連接器的電磁兼容性（electromagneticcompatibility，簡稱EMC）是指高壓連接器按要求運行時不對環(huán)境中的任何設備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。由于新能源汽車使用了大量電力電子元器件，高壓和大電流產(chǎn)生的電磁場會對通信設備產(chǎn)生電磁干擾，因此整車和零部件必須要有抗干擾和抗輻射的能力。高壓連接器通常要具備360°屏蔽層，并能有效地和導線屏蔽層連接。高壓連接器的屏蔽層應覆蓋整個高壓連接器，以實現(xiàn)有效的屏蔽功能，并盡量減小屏蔽界面之間的接觸電阻，在產(chǎn)品生命周期內(nèi)，接觸電阻應小于10mΩ。對于由塑料制成的高壓連接器，應用金屬面進行屏蔽。相關(guān)知識1.2.2電機及控制系統(tǒng)的故障認定1．電機及控制系統(tǒng)的故障分類故障類型特性描述致命故障危及人身安全影響行車安全對周圍環(huán)境造成嚴重危害造成車輛在故障發(fā)生地不能行駛主要零部件功能失效引起整車其他相關(guān)主要零部件嚴重損壞嚴重故障車輛不能正常行駛，但可以從故障發(fā)生地移動到路邊，等待救援車輛性能發(fā)生較明顯的衰退一般故障非主要零部件故障，車輛可以從故障發(fā)生地非正常行駛到停車場非主要零部件故障，能用易損備件和隨車工具在短時間內(nèi)排除輕微故障無須更換零部件，車輛仍能正常運行無須更換零部件，可用隨車工具在短時間內(nèi)排除根據(jù)故障危害程度的不同相關(guān)知識1）絕緣監(jiān)控的工作原理1.2.2電機及控制系統(tǒng)的故障認定2．電機及控制系統(tǒng)的故障模式1)損壞型故障模式包括斷裂、碎裂、裂紋、開裂、點蝕、燒蝕、擊穿、變形、壓痕、燒損、磨損、短路等2)退化型故障模式包括老化、剝離、異常磨損、腐蝕、退磁等3)松脫型故障模式包括松動、脫落等5)堵塞與滲漏型故障模式包括堵塞、漏水、滲水等4）失調(diào)型故障模式包括間隙超差、干涉、性能失調(diào)等6）性能衰退或功能失效型故障模式包括性能衰退、功能失效、公害限值超標、異響、過熱等故障模式即故障的表現(xiàn)形式，一般是對產(chǎn)品所發(fā)生的、能被觀察或測量到的故障現(xiàn)象的規(guī)范描述。相關(guān)知識1.2.2電機及控制系統(tǒng)的故障認定3．電機及控制系統(tǒng)故障的認定原則（1）電機及控制系統(tǒng)的主要機構(gòu)是驅(qū)動電機和電機控制器，對電機及控制系統(tǒng)故障的認定，原則上應以兩者的零部件或者兩者之間導線的故障模式來描述。（2）如果難以用零部件的故障模式來描述或者無法確認是哪個零部件發(fā)生故障，則應以上一級的故障模式來描述，且驅(qū)動電機和電機控制器是最高級別的部件。（3）如果故障表現(xiàn)為綜合性能方面的故障，則應以電機及控制系統(tǒng)的故障模式來描述。（4）如果某一故障導致關(guān)聯(lián)性故障或者發(fā)生延伸，則應以危害程度最嚴重的故障及其模式來描述。根據(jù)電機及控制系統(tǒng)的故障分類和故障模式，可以對電機及控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行認定。電機及控制系統(tǒng)故障的認定原則通常包括以下幾條：相關(guān)知識1.2.2電機及控制系統(tǒng)的故障認定4．電機及控制系統(tǒng)的常見故障與診斷1）電機及控制系統(tǒng)的常見故障故障類型零部件名稱故障模式情況說明致命故障驅(qū)動電機定子繞組燒損定子繞組因短路或電機運行溫度過高而燒毀擊穿定子繞組絕緣擊穿，造成定子繞組與驅(qū)動電機外殼之間短路或繞組匝間短路驅(qū)動電機位置傳感器功能失效不能產(chǎn)生驅(qū)動電機的位置信號，造成電機及控制系統(tǒng)不能工作驅(qū)動電機軸承破裂驅(qū)動電機軸承碎裂，不能正常支撐轉(zhuǎn)軸燒損驅(qū)動電機軸承溫度過高，造成內(nèi)部潤滑脂蒸發(fā)，出現(xiàn)燒損，不能正常支撐轉(zhuǎn)軸電機控制器功率器件燒損功率器件功能失效擊穿電機控制器的電容器正負極之間或電容器正負極和外殼之間短路電機控制器電壓、電流傳感器燒損電機控制器電壓、電流傳感器功能失效擊穿電機控制器電壓、電流傳感器正負極之間或與外殼之間短路，造成電機控制器不能工作相關(guān)知識1.2.2電機及控制系統(tǒng)的故障認定故障類型零部件名稱故障模式情況說明致命故障導線和連接器燒損導