驱动电机及动力控制课件.pptx
驱动电机及动力控制,培训师：韩卫东,技术培训 2018-07,Page 2,驱动电机及动力控制内容概述,Page 3,驱动电机概述,17:37,一、驱动电机的优点,相比自动变速器和发动机,电动机结构简单,运行可靠；电动机的转速范围宽,电动汽车可以不使用换档装置,操纵方便；电机驱动,减少了机械传动部件,降低了机械摩擦导致的能量损失和噪声；电动机相比发动机和变速器,重量轻、体积小。维护成本低、环境污染小。能效比较高，而且具有驱动和能量回收双重功能。,电机的性能,Page 4,驱动电机概述,17:37,二、常用几种电机性能对比,Page 5,驱动电机及动力控制内容概述,Page 6,典型驱动电机,17:37,一、直流电动机,1.直流电动机的总体结构,Page 7,驱动电机,17:37,一、直流电动机,2.直流电动机的换向器与主磁极,Page 8,驱动电机,17:37,一、直流电动机,3.直流电动机的工作原理,Page 9,驱动电机,17:37,一、直流电动机,4.直流电动机优缺点,特点：调速性能好启动力矩大控制比较简单,缺点：易磨损需定期维护体积较大,应用：小型低速车辆大转矩专用车辆,Page 10,驱动电机,17:37,二、交流异步电动机（感应式）,2.交流异步电动机的结构,Page 11,驱动电机,17:37,二、交流异步电动机（感应式）,2.三相交流电产生的旋转磁场,U,V,W,Page 12,驱动电机,17:37,二、交流异步电动机（感应式）,3.转子旋转的工作原理,定子产生旋转磁场 转子产生感应电动势（感应电流与电动势方向一致） 转子绕组产生电磁驱动力 转子旋转。,Page 13,驱动电机,17:37,二、交流异步电动机（感应式）,4.三相交流异步电动机的特点,特点：结构简单、可靠性高成本低、价格便宜转速范围宽,缺点：启动转矩较小,应用：特斯拉电动车通用EV,Page 14,驱动电机,17:37,三、交流同步电动机（永磁式）,1.结构特点,Page 15,驱动电机,17:37,三、交流同步电动机（永磁式）,2.转子磁极结构-表面永磁,永磁体黏附在转子铁芯的外表面，可以有效利用永磁体的磁通量，散热较好。,Page 16,驱动电机,17:37,三、交流同步电动机（永磁式）,2.转子磁极结构-内置永磁,永磁体嵌在转子铁芯内部，可以承受高速旋转的离心力，散热效果稍差。,Page 17,驱动电机,17:37,三、交流同步电动机（永磁式）,3.定子绕组激磁,Page 18,驱动电机,17:37,三、交流同步电动机（永磁式）,4.交流同步电动机的优点,特点：高效节能、无励磁损耗比功率高，超过1kw/kg高可靠性、运行平稳调速性能好结构简单、寿命长、体积小,缺点：起动速度稍慢功率较小，最大为几十KW温度影响大（产生退磁）,应用：小型车混合动力车,Page 19,驱动电机,17:37,四、开关磁阻电动机,1.结构特点,开关磁阻电动机定子与转子都由硅钢片叠压而成，均采用凸极结构形式，一般转子比定子少2个凸极，最常见为三相6/4、四相8/6极结构。,Page 20,驱动电机,17:37,四、开关磁阻电动机,2.工作原理,开关磁阻电动机是基于磁阻最小原理运行的新型电动机，定子与转子凸极之间有很小的气隙，转子与定子相差30度角，此时A相通电，转子逆时针旋转30度角。依次类推，A、B、C相顺序供电则连续旋转。,如何实现反转？,Page 21,驱动电机,17:37,四、开关磁阻电动机,3.驱动电路,当S1、S2关断时，绕组电流经续流二极管VD1、VD2继续流通，并回馈给电源US。因此，SR电动机传动的共性特点是具有再生作用，系统效率高。,Page 22,驱动电机,17:37,四、开关磁阻电动机,4.磁阻电动机的优缺点,特点：结构简单、可靠性高效率高、功耗小启动转矩大、调速范围宽,缺点：转矩波动较大，噪声较大需转子位置检测器,应用：家电产品汽车刚开始应用,Page 23,驱动电机及动力控制内容概述,Page 24,检测驱动电机,17:37,一、普瑞斯驱动电机的检查,读取DTC,拆下三相电缆,测三相绕组电阻,测三相绕组绝缘,结束,Page 25,检测驱动电机,17:37,二、驱动电机检查实操,检测驱动电机 分两组完成北汽纯电动汽车和普瑞斯轿车驱动电机的检测。 第1组：北汽 纯电动车；第2组：普瑞斯 首先完成断电操作。 分别测量驱动电机三相绕组的电阻值与绝缘性能。 小组成员分析两款电动车驱动电机的性能。 每20分钟两个小组互换车辆。,Page 26,驱动电机及动力控制内容概述,Page 27,动力传动系统,17:37,一、纯电动车动力传动系统,1.纯电动驱动系统的布置,纯电汽车驱动系统的布置形式有：传统驱动系统、简化的传统驱动系统、电动机-驱动桥整体式、双电动机驱动系统、内转子电动轮驱动系统、外转子电动轮驱动系统。,蓄电池,驱动轮,驱动轮,Page 28,动力传动系统,17:37,一、纯电动车动力传动系统,2.特斯拉电动汽车驱动系统,(1) 公司简介,公司性质：股份制(Incorporation)公司口号：加速向可持续能源的转变年营业额：70亿美元（2016年）企业CEO：埃隆马斯克官网：,公司名称：特斯拉外文名称：Tesla Inc总部地点：加利福尼亚州硅谷成立时间：2003年经营范围：高性能纯电动汽车,Page 29,动力传动系统,17:37,一、纯电动车动力传动系统,(2) 公司发展历程,二十世纪90年代硅谷工程师、创业家马丁艾伯哈德，找项目时发现美国很多停放超级跑车的私家车道上经常会出现丰田混合动力汽车普锐斯的身影。他认为，这些人不是为了省油才买普锐斯，普锐斯只是这群人表达对环境问题不满和想要做出改变愿望的方式。于是，他有了将跑车和新能源结合的想法，而客户群就是有环保意识的高收入人士和社会名流。,2003年2003年7月1日，马丁艾伯哈德与长期商业伙伴马克塔彭宁。合伙成立特斯拉（TESLA）汽车公司，并将总部设在美国加州的硅谷地区。成立后，特斯拉开始寻找高效电动跑车所需投资和材料。,2.特斯拉电动汽车驱动系统,Page 30,动力传动系统,17:37,一、纯电动车动力传动系统,2.特斯拉电动汽车驱动系统,(2) 公司发展历程,2004年2004年2月，埃隆马斯克向特斯拉投资630万美元，但条件是出任公司董事长、拥有所有事务的最终决定权，而马丁艾伯哈德作为特斯拉之父任公司的CEO。,2008年特斯拉第一款汽车产品Roadster发布于2008年，为一款两门运动型跑车。,2012年2012年，特斯拉发布了第二款汽车产品Model S，一款四门纯电动豪华轿跑车。,2015年第三款汽车产品为Model X，豪华纯电动SUV，于2015年9月开始交付。,Page 31,动力传动系统,17:37,一、纯电动车动力传动系统,2.特斯拉电动汽车驱动系统,(2) 公司发展历程,2016年2016年3月，发布Model 3，起售价35000美元（美国），将于2017年开始交付。2016年11月17日收购美国太阳能发电系统供应商SolarCity，特斯拉转型成为全球唯一垂直整合的能源公司，向客户提供包括Powerwall能源墙、太阳能屋顶等顶端的清洁能源产品。,2017年2017年2月1日，特斯拉汽车公司（Tesla Motors Inc）正式改名为特斯拉（Tesla Inc）。这意味着汽车不再是特斯拉的唯一业务。,发展愿望特斯拉首席执行官伊隆马斯克表示，特斯拉努力为每一个普通消费者提供其消费能力范围内的纯电动车辆；特斯拉的愿景，是加速全球向可持续能源的转变。,Page 32,动力传动系统,17:37,一、纯电动车动力传动系统,2.特斯拉电动汽车驱动系统, 标配全轮驱动，续航里程可达 565 公里（100 kWh 电池），开启 Ludicrous 狂暴模式后，百公里加速仅需 3.1 秒。,(3) MODEL X 驱动系统,Page 33,动力传动系统,17:37,一、纯电动车动力传动系统,2.特斯拉电动汽车驱动系统, 质量保证：电池和驱动单元保修，8 年不限里程 新车有限保修，4 年或 8 万公里,(3) MODEL X 驱动系统,Page 34,动力传动系统,17:37,一、纯电动车动力传动系统,2.特斯拉电动汽车驱动系统,(4) MODEL S 驱动系统, 动力性：高性能版 Model S 标配全轮驱动双电机，高性能版后置及高效率的前置联动，实现超跑级别的加速表现，仅需 2.7 秒，即可从静止加速至 100 公里/小时。,两驱-双电机,四驱-双电机,Page 35,动力传动系统,17:37,一、纯电动车动力传动系统,2.特斯拉电动汽车驱动系统, 续航里程：下述的计算模型展示了不同工况、不同型号MODEL S的续航里程。车辆实际里程会因车辆配置、电池使用时长和状况、驾驶习惯及操作、环境和气候状况等因素的影响而有所不同。,(4) MODEL S 驱动系统,Page 36,动力传动系统,17:37,一、纯电动车动力传动系统,2.特斯拉电动汽车驱动系统, 续航里程：下述的计算模型展示了不同工况、不同型号MODEL S的续航里程。车辆实际里程会因车辆配置、电池使用时长和状况、驾驶习惯及操作、环境和气候状况等因素的影响而有所不同。,(4) MODEL S 驱动系统,Page 37,动力传动系统,17:37,2.特斯拉电动车驱动系统,(5) 超级充电站网络, 充电站网络：在全球建有超过 698 座超级充电站， 4,311 台超级充电桩。,一、纯电动车动力传动系统,Page 38,动力传动系统,17:37,3.电动车驱动系统观察,一、纯电动车动力传动系统,纯电动汽车动力传动系统观察与分析 分两组完成纯电动驱动系统的观察与结构分析。 掌握纯电动汽车驱动系统的组成。 小组观察并讨论纯电动驱动系统的工作模式。 小组成员分析纯电动汽车动力传递路径。 每20分钟两个小组互换。,Page 39,动力传动系统,17:37,二、混合动力传动系统,1.混合动力的类型,按驱动装置布置混动系统可以分为并联式、串联式、混联式和轴平行式。,混合动力介绍,Page 40,动力传动系统,17:37,二、混合动力传动系统,1.混合动力的类型,按驱动动力对电能依赖程度不同分为：微混合、轻混合、强混合、全混合。,Page 41,动力传动系统,17:37,二、混合动力传动系统,2.串联式混合动力车驱动系统,串联式混合驱动系统组成：以电动机驱动汽车行驶，发动机只带动发电机发电。,Page 42,动力传动系统,17:37,二、混合动力传动系统,3.并联式混合动力车驱动系统,(1)多种耦合方式并联式混合驱动系统主要以发动机驱动汽车行驶，在汽车起步、加速、爬坡等工况时，用电动机辅助驱动的方式降低发动机的油耗。 两种动力耦合的方式有不同的方法（行星齿轮、伞齿轮等）。,Page 43,动力传动系统,17:37,二、混合动力传动系统,3.并联式混合动力车驱动系统,(2)采用同轴式电动机,Page 44,动力传动系统,17:37,二、混合动力传动系统,4.增程式混合动力系统,也称插电轴平行式：启动和低速行驶时依靠电动机驱动行驶（两驱），长时间低速行驶可利用增程发电机提高行使里程，高速大负荷时发动机驱动前轮，电动机驱动后轮。,I8试驾,Page 45,动力传动系统,17:37,二、混合动力传动系统,5.混联式混合动力驱动系统,混联式：既有串联又有并联。启动和低速行驶时依靠电动机驱动行驶，高速时发动机和电动机共同驱动行使。,Page 46,动力传动系统,17:37,二、混合动力传动系统,总结：按驱动装置结构不同，几种混合动力车的特点,：极佳,：良好,：一般,Page 47,动力传动系统,17:37,三、对电能依赖程度不同的混动,1.微混合动力,弱混方式常用BSG（ Belt Driven Starter Generator ）皮带传送启动/发电技术，电动机一般不参与驱动，主要用于启动和回收制动能量。通常节油10%以下，下图为BMW N55发动机的BSG运行模式。,起动机运行模式,发电机运行模式,Page 48,动力传动系统,17:37,三、对电能依赖程度不同的混动,1.微混合动力,BSG自动启停功能如何使用？,Page 49,动力传动系统,17:37,三、对电能依赖程度不同的混动,2.轻混合动力,例如宝马X6 的混合动力，一般属于并联式混合动力，电功率约为车辆总输出功率的20% - 30% 。,Page 50,动力传动系统,17:37,三、对电能依赖程度不同的混动,3.强混合动力,例如丰田普瑞斯、BMW5系PHEV混合动力，一般属于混联式混合动力，电功率通常达到车辆总输出功率的50%左右。起步、低速行驶可以全电动模式，但纯电动行驶里程比较短。,Page 51,动力传动系统,17:37,三、对电能依赖程度不同的混动,4.全混合动力,串联式和增程式混合动力是全混合动力车，例如宝马i8混合动力、城市公交，电功率通常接近车辆的总输出功率，纯电动续航里程比较长。,Page 52,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,1.基本功能,PHEV,怠速停机,再生制动,EV/发动机混合驱动,电机启步,可用充电桩或家用充电座充电,Page 53,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,2.从起步至停车的工作过程,Page 54,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,3.不同工作模式动力传递路线分析,混合动力车动力传递路线分析 根据所给混合动力结构图，结合所学变速器的基础知识，分四组讨论混合动力车在不同工作模式下的动力传递路线。 第1组：纯电动行驶 第2组：混合驱动(充电) 第3组：混合驱动(电池放电) 第4组：再生制动模式 各小组将动力传递路线以方框图的形式贴到PB板，挑选合适的卡片作为方框图。传递路径用不同颜色的线条和箭头表示。 要求标出主要部件的工作状态。 每组派代表讲解不同工作模式下动力传递的过程 。 总结时间：20分钟；每组讲解时间：3分钟。,Page 55,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,3.不同工作模式动力传递路线分析,Page 56,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,4.EV模式的动力传动,这是什么驱动模式？,Page 57,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,4.EV模式的动力传动,动力电池电量充足且功率需求较小 (如轻加速或稳定车速)时，采用纯电驱动。在此种状态下：发动机静止；发电机空转；电动机驱动。,倒档如何实现？,Page 58,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,5.混合驱动模式的动力传递（充电）,这是什么驱动模式？,Page 59,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,5.混合驱动模式的动力传递（充电）,在功率需求中等状况时，采用混合驱动工作模式。在此种状态下：发动机工作；发电机发电；电动机驱动，与前面不同的是电动机直接由发电机驱动。,Page 60,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,6.混合驱动模式的动力传递（电池供电）,这是什么驱动模式？,Page 61,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,6.混合驱动模式的动力传递（电池供电）,混合驱动模式下，有额外的功率需求时，高压电池给电机提供额外的电力补偿。在此种状态下：发动机工作；发电机发电；电动机驱动。,Page 62,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,7.驻车充电与低温预热模式,在停车模式下，如电池电量较低时，发动机会被启动以带动发电机给电池充电。当外界温度较低时，在P挡及D挡时，发动机自动运行。在此种状态下：发动机工作；发电机发电；电动机驱动静止。,Page 63,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,8.再生制动模式,这是什么工作模式？,Page 64,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,8.再生制动模式,在踩下制动踏板或松开加速踏板时。发动机停止喷油，电动机工作于发电机模式，将动能转化成电能向电池充电，以备后用。在此种状态下：发动机不工作；发电机空转；电动机发电。,Page 65,动力传动系统,17:37,四、混联式混合动力车,9.小结,PHEV,怠速停机,再生制动,EV/发动机混合驱动,电机启步,可用充电桩或家用充电座充电,感谢您的关注,Thank You !,韩卫东,
