4.1　纯电动汽车驱动电机控制器及驱动电机维护与保养

任务引入

假设你是一家新能源汽车4S店的维修技术人员。今天，一位客户将他的新能源汽车送来维修，抱怨车辆在行驶过程中动力不稳定，有时甚至会突然失去动力。经过初步检查，发现问题可能出在驱动电机控制器及驱动电机上。现在，我们需要对这两个部件进行全面的维护与保养，以找出故障原因并解决问题。

任务目标

1．了解纯电动汽车驱动电机控制器及驱动电机的基本结构和工作原理。

2．熟练掌握驱动电机控制器及驱动电机的日常维护操作流程，如清洁、紧固、检查等。

3．能够正确使用检测设备对驱动电机控制器及驱动电机进行性能检测。

4.1.1 任务工单

4.1.1.1　学生分组

3～5人为一组，选出组长并进行任务分配，将小组成员及分工情况填入表4-1中。

表4-1  小组概况及分工情况

4.1.1.2　信息收集

在进行具体工作之前，需掌握纯电动汽车电机控制器及驱动电机的相关知识。请组长组织组员收集并查阅相关资料，回答下列问题。

（1）纯电动汽车驱动系统主要由哪些部分组成？简述各部分的作用。

（2）从能量转换的角度，分析驱动电机在纯电动汽车中的作用。

（3）比较交流异步电机和永磁同步电机，在纯电动新能源汽车应用中，它们各自的优缺点是什么？

4.1.1.3　任务准备

根据实际情况，在表4-2中写出新能源车辆（或试验台架）的信息，并根据任务要求填写工具、设备和资料，以及与设备安全、场地安全和个人防护相关的检查结果。

表4-2  新能源车辆信息

4.1.1.4　任务实施

对新能源汽车（或试验台架）上的部件进行检查和维护，并结合现有车型维修手册完成表4-3中的内容。

表4-3  纯电动汽车驱动电机维护与保养

4.1.1.5　考核评价

在教师的指导下，按照能力标准，完成工作任务所设计的学习目标，并将结果填入表4-4中。

表4-4  考核评价表

4.1.2 相关知识

4.1.2.1  纯电动汽车驱动系统

纯电动汽车驱动系统是电动汽车的关键部分，负责将电能转化为机械能，来推动车辆行驶。其核心组件包括驱动电机，它取代了传统燃油汽车中的发动机，通过电池组提供的电能转化为机械能来产生动力输出。驱动控制器用于精确控制驱动电机的工作状态，如转速、转矩等，以实现车辆的加速、减速和匀速行驶等操作。

电池组是能量的储存装置，为驱动电机提供持续的电能。减速器则起到降低电机转速、增大转矩的作用，使动力能更好地传递到车轮。此外，还有相关的传感器和电路系统，用于监测和反馈车辆的运行状态，以保障整个驱动系统运行的安全、高效。

纯电动汽车驱动系统具有高效、环保、低噪声等优点，随着技术的不断发展和进步，其性能也在不断地提升与优化，这为电动汽车的广泛应用奠定了基础。

1．纯电动汽车驱动系统的主要组成部分

纯电动汽车驱动系统主要由以下几个部分组成。

（1）驱动电机。驱动电机是将电能转化为机械能的核心部件，负责为车辆提供动力，如图4-1所示。

图4-1  驱动电机

（2）减速器。减速器用于降低驱动电机输出的转速，增加扭矩，以适应车辆行驶的需要，如图4-2所示。

图4-2  减速器

（3）传动轴。传动轴用于将动力传递到车轮，如图4-3所示。

图4-3  传动轴

（4）驱动控制器。驱动控制器也称电机控制器，用于控制驱动电机的运行，包括转速、扭矩等参数的调节，如图4-4所示。

图4-4  驱动控制器

（5）电池组。电池组负责为驱动电机等部件提供电能，如图4-5所示。

图4-5  电池组

2．驱动电机控制器及驱动电机的作用

（1）驱动电机控制器的作用主要有以下三点。

①精确控制。精确地调节电机的转速、转矩等参数，以满足不同行驶工况下的需求，实现车辆的平稳运行并得到良好的操控性能。

②优化能源效率。优化能源效率是通过合理的控制策略，提高电能的利用效率，延长车辆续航里程。

③系统保护。系统保护能对电机及整个驱动系统起到保护作用，防止过电流、过电压等异常情况对系统造成损害。

（2）驱动电机的作用主要有以下四点。

①动力来源。驱动电机是车辆前进的直接动力提供者，其性能直接决定了车辆的动力性、加速能力等关键指标。

②有利环保。相比传统燃油发动机，驱动电机具有零排放的优势，对于减少环境污染至关重要。

③车辆适应性。驱动电机能适应不同的路况和驾驶需求，为用户提供良好的驾驶体验。

④推动技术进步。驱动电机技术的不断发展和创新推动着电动汽车整体性能的提升，是电动汽车发展的关键因素之一。

4.1.2.2  驱动电机控制器

1．驱动电机控制器的组成

电机控制器内部包含1个DC/AC逆变器和1个DC/DC直流转换器，如图4-6所示。逆变器由IGBT、直流母线电容、驱动和控制电路板等部件组成，可实现直流（可变的电压、电流）与交流（可变的电压、电流、频率）之间的转变。直流转换器由高低压功率器件、变压器、电感、驱动和控制电路板等组成，可实现直流高压向直流低压的电能传递。电机控制器还包含冷却器，冷却器通过冷却液给电子功率器件散热。

图4-6  电机控制器

2.各部分的功能与工作原理

电机控制器安装在前舱内，采用CAN通信控制，控制着动力蓄电池组到电机之间能量的传输，同时采集电机转子位置信号和三相电流检测信号，从而精确地控制驱动电机运行。

DC/AC逆变器是一个既能将动力蓄电池中的直流电转换为交流电以驱动电机，同时还能将车轮旋转的动能转换为电能（交流电转换为直流电）给动力蓄电池充电的设备。车辆制动或滑行阶段，DC/AC逆变器作为发电机使用，可以将车轮旋转的动能转换为电能，给电池充电。

DC/DC直流转换器集成在电机控制器内部，其功能是将电池的高压电转换成低压电，给12 V的蓄电瓶及整车低压系统供电。

4.1.2.3  驱动电机

1．驱动电机的类型与特点

（1）永磁同步电机。永磁同步电机的优点有效率高、功率密度大、转矩密度高、响应速度快、运行噪声低，但成本相对较高，高温下可能有永磁体退磁的风险。

（2）交流异步电机。交流异步电机的优点有结构简单、坚固耐用、成本相对较低、适应恶劣环境能力强，但效率和功率密度相对差一些，且控制相对复杂一些。

（3）开关磁阻电机。开关磁阻电机的优点有结构简单坚固、容错性好、成本较低、启动转矩大，但存在转矩脉动较大、噪声较大等问题。

2．永磁同步电机的内部结构

永磁同步电机一般由定子、转子和端盖等部件组成，如图4-7所示。

图4-7  永磁同步电机

（1）定子。定子与交流异步电动机类似，由定子铁芯和定子绕组组成。定子绕组通以三相交流电，产生旋转磁场。定子绕组环绕在定子铁芯上，通过控制输入电流的频率，可以改变磁场的旋转频率，从而控制电机的转速。

（2）转子。转子是永磁同步电机的关键部分，安装有永磁体磁极，永磁体能产生恒定磁场。根据永磁体的布置位置，转子可分为表面凸出式、表面嵌入式和内埋式等多种形式。表面凸出式永磁转子，即永磁体磁极安装在转子铁芯圆周表面上；表面嵌入式永磁转子，即永磁体磁极嵌装在转子铁芯表面；内埋式永磁转子，即永磁体嵌装在转子铁芯内部。

（3）端盖。端盖用于固定和保护电机的两端。在永磁同步电机中，永磁体提供励磁磁场，使电机具有高效、高功率密度等优点。当定子绕组通入三相交流电时，会产生一个旋转磁场。由于转子上的永磁体磁场与定子旋转磁场产生了相互作用，再根据磁极同性相斥、异性相吸的原理，就会产生电磁转矩，从而驱动转子旋转。并且转子的转速与定子旋转磁场的转速保持同步，这也是“永磁同步电机”名称的由来。转子会跟随定子旋转磁场同步旋转，实现机电能量的转换。通过使用旋转变压器检测转子的位置和使用电流传感器检测线圈的电流，从而控制驱动电机的扭矩输出。旋变信号的作用是反映驱动电机转子当前的旋转相位，电机控制器通过旋变信号计算当前的驱动电机转速。实训车辆旋转变压器采用的是磁阻式旋转变压器。

4.1.3 实训操作——驱动电机控制器的维护

4.1.3.1　实训准备

场地要求：通风、采光良好；准备绝缘垫，设立隔离柱，布置警戒线，张贴警示牌。

工具及车辆：故障诊断仪、万用表、绝缘电阻测试仪、拆装专用工具、高压防护用具、手电筒、吉利帝豪EV450等。

辅助资料：车辆维修手册、教材等。

4.1.3.2　操作步骤

第一步：进行驱动电机控制器的日常检查。

①外观清洁。首先，关闭电源，确保电机控制器处于断电状态。然后，使用干净、柔软且不掉毛的湿布轻轻擦拭控制器的外壳，去除表面的灰尘、污垢等，如图4-8所示。同时，要注意检查外观是否有破损、裂缝等异常情况，如有则需要及时进行处理或报修。

图4-8  驱动电机控制器的外观清洁

②接线检查。先将电源关闭，确保处于安全状态。然后用手轻轻拉扯各条接线，感受其紧固程度，查看是否有松动等情况存在。仔细检查接线的插头处是否有损坏、变形、破损、老化或接触不良等迹象。同时，还要检查接线与控制器连接的部位是否有发热、变色等异常现象，如图4-9所示。

图4-9  检查接线与控制器连接的部位

③散热检查。首先确认散热风扇是否正常运转，听其运转声音是否有异常，如卡顿、杂音等。查看风扇叶片是否有污垢、损坏或变形等情况。同时，检查散热片是否有损坏、变形或腐蚀等情况。还要检查与散热相关的连接部件，如散热管等是否有松动、泄漏等问题，如图4-10所示。

图4-10  驱动电机控制器的散热检查

第二步：进行驱动电机的日常维护。

①把电机表面、电机线缆等处的污垢清理干净，如图4-11所示。

图4-11  清理驱动电机上的污垢

②紧固电机的固定螺栓，紧固电机的附件线束等，如图4-12所示。

图4-12  紧固驱动电机的固定螺栓，紧固电机的附件线束

③检查电机表面是否有破裂、破损及锈蚀，检查线束是否有断路或短路等故障，如图4-13所示。

图4-13  检查驱动电机是否有破裂、破损及锈蚀，检查线束是否有断路或短路等故障

④电机的冷却需要冷却液，应定期补充冷却液，如图4-14所示。

图4-14  定期补充冷却液

第三步：进行驱动电机的定期维护。

①检查外观有无磕碰、损坏。将车辆举升，目测驱动电机底部有无磕碰、划伤、损坏等情况存在，目测线束插头有无破损、老化等现象出现。如图4-15所示。

图4-15  检查驱动电机的情况

②绝缘检查，将驱动电机U/V/W拆开，检测三相定子绕组的电阻值及三相电绕组对地绝缘电阻，用绝缘测试仪检测，对地阻值应大于或等于20 MΩ，如图4-16所示。

图4-16  驱动电机的绝缘检查

第四步：进行减速器的维护。

①检查减速器是否漏油，对于非换油作业而举升车辆时，也应检查减速器是否漏油，如图4-17所示。

图4-17  检查减速器是否漏油

②减速器油位的检查。

a．举升车辆，如图4-18所示。

图4-18  举升车辆

b．检查减速器油位，如图4-19所示。

图4-19  检查减速器油位

c．将车辆水平放置，并让减速器内部的油液冷却，拆卸放油螺栓并检查油位。放油螺栓位置如图4-20所示。

图4-20  放油螺栓位置及放油方法

d．减速器油面应该与加注孔下缘齐平，如图4-21所示。如果液面过低，需通过加注孔塞添加专用的减速器油，直到油液开始流出。

图4-21  减速器的油面

e．重新安装并紧固加注孔螺塞，如图4-22所示。力矩为19～30 N·m。更换油液时，添加专用的减速器油，直到油液开始流出，参考用量为1.7 L±0.1 L。

图4-22  重新安装并紧固加注孔螺塞

第五步：恢复现场，5S管理，复原车辆或台架，整理工具，清洁实训场地。