电动汽车驱动控制原理. 共32页
电动汽车驱动系统的工作原理
电动汽车驱动系统的工作原理电动汽车驱动系统的工作原理随着全球环境污染和石油资源的减少，电动汽车已成为未来汽车发展的趋势。
电动汽车的驱动方式与传统汽车的内燃机驱动方式有很大的不同，电动汽车的驱动力是由电动机提供的，而不是由内燃机提供的，这就需要一个完整而复杂的驱动系统来实现这一功能。
本文将对电动汽车驱动系统的工作原理进行介绍。
一、电动汽车驱动系统的组成电动汽车驱动系统由电池组、电机、变速器、电控系统和传动轴等组成。
电池组是电动汽车的能量存储装置，其效率和储能密度直接影响着整个车辆的续航里程和功率输出。
目前市场上常用的电池技术有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等。
电机是电动汽车的核心部件，它负责将电能转换成机械能，作为车辆的驱动力。
市场上常见的电机类型包括直流电机、交流异步电机、交流同步电机。
变速器是为了满足车辆速度和扭矩的变化而设置的一个装置。
电动汽车的变速器一般是由单速齿轮或多速齿轮拼接而成的减速器，它可以更好地匹配电动机、提高驱动系统的效率。
电控系统是为了控制电机转速、电池充放电等重要参数而设计的一个集成控制系统。
主要由电机控制器、电池管理系统、故障诊断单元和车辆通信系统等组成。
传动轴是电机和车轮之间的连接装置，传输动力和扭矩的作用，一般由轮毂电机、散热器和传动轴等部件组成。
二、电动汽车驱动系统的工作原理1、电池组电动汽车的驱动力来自电池组，电池组的电能可以通过运转时的电化学反应进行充电和放电，将化学能转化为电能或电能转化为机械能。
电池组是通过电控系统来管理的，电控系统会根据电池组的状态进行充电和放电的自动调节，还会监测电池组的电压和电流等，并通过车辆中央显示屏向驾驶员反馈这些信息。
2、电机电机是电动汽车的核心部件，通过产生旋转力来驱动车辆，并将电池组储存的电能转化为机械能。
电机通常由定子和转子两部分组成，定子发出一个旋转磁场，转子通过感应在磁场中产生电流，由此产生了转矩和旋转力。
电机的转矩和转速是通过电控系统控制的，通常情况下，电机运行的转速和输出功率会随着车速的改变而改变。
电动汽车的电机的驱动原理
电动汽车的电机的驱动原理
电动汽车的电机驱动原理基本上是利用电能转化为机械能的过程。
电动汽车的电机是由定子和转子组成的。
定子是固定在电动汽车车身上的部分，而转子则可以转动。
定子上通常会有一组绕组，通过通电让绕组形成磁场。
转子则是由一组磁铁组成，当定子上的磁场与转子上的磁铁相互作用时，就会产生转矩。
通过不断改变定子绕组的电流方向，可以实现电机的转动。
具体来说，当定子上的绕组通电时，会形成一个磁场。
这个磁场会与转子上的磁铁相互作用，产生一个力矩，使转子开始转动。
为了保持电机的转动，电流方向需要不断改变，以持续产生磁场与磁铁的作用。
在实际应用中，电动汽车通常使用交流电源供电。
交流电从电池或者充电桩进入车辆的电控系统，在电控系统中经过处理，将交流电转换为适合电机驱动的直流电。
然后，直流电通过电机的电子控制系统，将电流送入定子绕组，产生磁场与磁铁作用，驱动电机转动。
总的来说，电动汽车的电机驱动原理就是利用电能转化为机械能的过程，通过电控系统将电源提供的电流转换为适合电机驱动的电流，通过定子绕组产生磁场与转子上的磁铁相互作用，产生转矩，从而实现电机的转动。
电动汽车驱动电机ppt课件
26
第三章
驱动电机系统控制策略简介
驱动电机系统下电流程
27
第三章
驱动电机系统控制策略简介
驱动电机系统驱动模式
整车控制器根据车辆运行的不同情况，包括车速、挡位、电池 SOC值来决定，电机输出扭矩/功率。
当电机控制器从整车控制器处得到扭矩输出命令时，将动力电池 提供的直流电，转化成三相正弦交流电,驱动电机输出扭矩，通过机械 传输来驱动车辆。
9
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电机控制器结构
10
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电机控制器结构
11
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电机控制器主要零件
12
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB驱动电机系统工作原理
在驱动电机系统中，驱动电机的输出动作主要是靠控制单元给定命令执 行，即控制器输出命令。控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频 率可调的三相交流电，供给配套的三相交流永磁同步电机使用。
CAN总线接口
29 CAN_SHIELD
10
TH
9
TL
电机温度传感器接口
28
屏蔽层
8
485+
7
485-
RS485总线接口
15 HVIL1(+L1) 26 HVIL2(+L2)
高低压互锁接口
19
第二章
驱动电机系统关键部件简介
检修——驱动电机控制器低压插件
建议检修时先确认插件是否连接到位，是否有“退针”现象。
20
第二章
驱动电机系统关键部件简介
检修——确认高压动力线束连接
电动汽车电机控制器原理
一、电机控制器的概述根据GB/T 《电动汽车用电机及其控制器技术条件》对电机控制器的定义，电机控制器就是控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置、是由外界控制信号接口电路、电机控制电路和驱动电路组成。
电机、驱动器和电机控制器作为电动汽车的主要部件,在电动汽车整车系统中起着非常重要的作用,其相关领域的研究具有重要的理论意义和现实意义。
二、电机控制器的原理图1汽车电机控制器原理图电机控制器作为整个制动系统的控制中心，它由逆变器和控制器两部分组成。
逆变器接收电池输送过来的直流电电能，逆变成三相交流电给汽车电机提供电源。
控制器接受电机转速等信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，控制器控制变频器频率的升降，从而达到加速或者减速的目的。
三、电机控制器的分类1、直流电机驱动系统电机控制器一般采用脉宽调制(PWM)斩波控制方式，控制技术简单、成熟、成本低，但效率低、体积大等缺点。
2、交流感应电机驱动系统电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速，采用矢量控制或直接转矩控制策略实现电机转矩控制的快速响应。
3、交流永磁电机驱动系统包括正弦波永磁同步电机驱动系统和梯形波无刷直流电机驱动系统，其中正弦波永磁同步电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速；梯形波无刷直流电机控制通常采用“弱磁调速”方式实现电机的控制。
由于正弦波永磁同步电机驱动系统低速转矩脉动小且高速恒功率区调速更稳定，因此比梯形波无刷直流电机驰动系统具有更好的应用前景。
4、开关磁阻电机驱动系统开关磁阻电机驱动系统的电机控制一般采用模糊滑模控制方法。
目前纯电动汽车所用电机均为永磁同步电机，交流永磁电机采用稀土永磁体励磁，与感应电机相比不需要励磁电路，具有效率高、功率密度大、控制精度高、转矩脉动小等特点。
四、电动控制器的相关术语1、额定功率：在额定条件下的输出功率。
2、峰值功率：在规定的持续时间内，电机允许的最大输出功率。
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S Z
FAC
F0
N Y
FAB
FCB
iB B
• 定子磁势拉转子磁势旋转，为了使平均转矩最大。 两者的平均空间电角度为900。
S FAC
N
F0
60o n
60o FAB
无刷直流电机控制框图
I REF
+
PI PWM
ia
ia
ib
ib
ic
ic
IF
∑ ÷2
逻
PS
辑
变
换
三相反馈电流
Position Sensor
F2
(b )电流、磁势向量图
• 等效直流机模型的方程
转子磁链方程 转子电压方程
I LI L
2M 2 1M M
2
I LIL
0
2T 2 1T M
RI d /dt0
2 2M
2
RI
0
2 2T
S2
稳态时 d /dt 0 所以 2
I 0 2M
L I
2
M 1M
• 矢量控制思路
转矩 TpI 2T 2
电控原理图
充
～
电
器
动力 电池
控 制 器
电机
主减速器
齿轮箱
电控原理之示意图
电控原理
电动汽车对电机控制系统的要求
1、优良的转矩控制性能； 2、宽广的调速范围； 3、宽范围的高效率运行区域； 4、高功率密度； 5. 优良的环境适应性和环保性； 6. 高可靠性； 7. 有竞争力的价格。
电控原理
电动汽车电机控制系统的主要类型
+A
-A
+B -B
+C
电动汽车驱动控制原理课件
高性能的控制方法
• 转子磁场定向矢量控制（等效直流电机控制） （20世纪70年代，由德国西门子公司的F.Blaschke提出。）
控制电路 控制器
转子位置 传感器
无刷直流电机
2.无刷直流电机与永磁同步电机差别
B0(e0)
永磁同步电机
0
无刷直流电机
2π ωt
一对极下不同的气隙磁密分布图
三相无刷直流电机的无载电势
eA
eB
eC
1
3
5
t
0
6
2
4
6
无刷直流电机工作原理
• 有6个定子空间磁势。
A iA
• 根据转子位置传感器检
测到的转子位置和要求
驱动信号 输出
无刷直流电机及其控制系统的优缺点
• 优点： 1. 具有直流电机的控制特性。 2. 控制相对简单。 3. 电机效率高，体积小。
• 缺点： 1. 由于永磁材料贵，电机价格较贵。 2. 过热容易导致永久性失磁。 3. 弱磁运行较困难。 4. 需要转子位置传感器。
异步电机及其控制系统
1. 异步电机变频调速原理
到最简单的方程形式。
T
ω1
I2T
++
ψ2 M
+
I1T
I2M
+
I1M
(a ) 直流电机 模型
F1
I1
I1T
β F0
ψ2
I1M I2T
F2
(b )电流、磁势向量图
纯电动汽车电力驱动系统组成与控制原理
接 触器继 电器的 控制 ， 实现 线路 的接 通
和 断 开， 从 而完 成 对 ＨＶ电 池的 控制 管 理 。具体控制如图 ９所示。 整 车控 制 器（ Ｖ ＭＳ ） 及其 控 制原 艇 （ Ｊ ￣ ｒ ｉ ｌ 司１ ｆ ） 所示 ） 的主 要功 能 有 ： （ １ ） ｉ ） ． ｔ ￣ Ｉ ｊ 驾驶 员意图的 、 只 别； （ ２） 电动轿 车肩动和 停 止控制 的实施 ； （ ３） 再 生制动能 匿旧收 的实现 ； （ ４ ） 对 整车状 态进 行 监测 ， 并 实
瑞电动车高压 电源足 ｒ ｆ １ 单格 ３ ． ２ Ｖ串联成 车控制 器的桥梁 作刚。结构 如图 ７和图 信 ， 对 动 力 电池 系 统进行 充放 电等综 合
１ ９ ． ２ Ｖ 电池 组 ， 然 后将 １ ９ ． ２ Ｖ再 次 串联 形 ８ 所示 。 成３ ２ ０ Ｖ 电池系统 ． 对拿 车用 电设 备进行 供 电， 如降Ｉ ６所示 。 管理 。然 后实现对 Ｈｖ电池 正极和 负极
２所 ， Ｊ
ｆ 【 Ｉ ＿ １ ＇ Ｊ Ｌ ｌ ＇ ｌ ｇ ｆ ｌ 川Ｊ 址
能 化 为机
图４ 电机 调 速控 制装 置 图
州
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机 械 连 接 ＿ — ＿ —
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图 ３ 三 相 交 流异 步 电机
ｌ 也机 州 迎 圳 ｌ 。 Ｉ 。 Ｍ（ ７ Ｕ（
图１ 纯 电 动 汽 车 及其 动 力 路 线 图
电动汽车驱动原理：电能如何驱动车辆
电动汽车驱动原理：电能如何驱动车辆
电动汽车的驱动原理是通过电能转化为机械能，推动车辆的运动。
以下是电动汽车驱动的基本原理：
1. 电池供电：
电池储存电能：电动汽车通常使用锂离子电池等高能密度的电池来储存电能。
这些电池被安装在车辆的底部或其他适当位置。
电能来源：电池通过外部充电设备获得电能，将电能存储为化学能。
2. 电动机转换电能：
电动机：电动汽车配备一个或多个电动驱动电机，通常是交流电动机。
这些电动机负责将电能转换为机械能。
电能转化：电动机内的电能通过电磁感应的原理，转化为旋转的机械能。
3. 传动系统：
传动系统：电动汽车的电动机通过传动系统（通常是单速或多速变速器）将机械能传递到车轮。
4. 车辆驱动：
车轮转动：传递到车轮的机械能使车轮开始转动，推动汽车前进。
5. 电能的管理与控制：
电能管理系统：电动汽车配备电能管理系统，负责监测电池状态、控制电动机功率输出，并通过电子控制单元（ECU）进行实时调整。
回馈系统：一些电动汽车采用回馈系统，将制动时产生的能量转化为电能，存储回电池中，提高能量利用效率。
6. 动力控制：
电子控制：电动汽车的动力控制通过电子控制单元实现，可以调整电动机的输出功率，实现加速、减速和制动等功能。
7. 能量回收：
再生制动：在制动时，电动汽车可以通过再生制动将部分动能转化为电能，存储到电池中，提高整体效能。
电动汽车的驱动原理基于电能的存储和转化过程，通过电动机将电能转化为机械能，推动车辆的运动。
这种驱动方式具有零排放、高效能的特点，是环保和可持续交通的重要方向。
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ib
ib
ic
ic
IF
∑ ÷2
逻
PS
辑
变
换
三相反馈电流
Position Sensor
+A
-A
+B -B
+C
-C
输出6路驱动信号
电动状态：
+
转子位置传感器状态：
+A、－B相导通。
Ud
＋A管导通，－B管PWM。
－B管导通时电流上升，
－B管关断时电流下降。
+A
+B
+C
C
-A
-B
-C
电流产生拖动转矩
生。
正常运行时，电机转速接近旋转磁场转速。
n
n 01
A
n 02
B
n0
60 f p
0
T
不同频率下的异步电机机械特性
nn0(1s)
变频调速的主要控制方法
基于稳态的控制
变压变频控制（Variable Voltage Variable Frequency) 简称VVVF控制；
转子笼型
电机特性比较
要求异步电机的输出特性： 1、低速大扭矩； 2、高速大功率。
T f (n) PT
恒转矩区
Pf(n)
恒功率区
降功区
n
0
电机的特性比较
（摘自日本电气学会技术报告）
电机 直流电机
性能
最大效率（％） 85～89
永磁同步电 异步电机 机
95～97
94～95
开关磁阻电 机
< 90
效率（10％负载） 80～87
RI d /dt0
2 2M
2
RI
0
2 2T
S2
稳态时 d /dt 0 所以 2
I 0 2M
L I
2
M 1M
矢量控制思路
转矩 TpI 2T 2
1. 直接矢量控制； 2. 间接矢量控制。 直接转矩控制 直接对转矩和磁链闭环控制。 （1985年德国学者 M.Depenbrock 首次提出。）
异步电机滑差频率控制框图
基本原理：在机械特性的线性段，电磁转矩 正比于滑差频率。
+
ω
* r
ωr
PI
ω
* s
I1=f (ω s) I1*
ia*+
PI
+
+A
+B
+C
转子位置传感器状态：
+A、－B相导通。
Ud
C
+A管、－B管均关断，
-A
-B
-C
＋B管子PWM。
电流产生制动转矩
无刷直流电机的电动、 回馈制动控制逻辑控制
+
逻
+a -a
PS
辑 +b 变 -b
+
转子位置
换
+c -c
传感器
+
PWM 输入
电动 “1” 回馈制动 “0”
+A -A +B -B
+C -C
FBA
FCA
转向来决定产生哪一个
X
磁势。 产生的平均转矩最大。 FBC
iC C
S Z
FAC
F0
N Y
FAB
FCB
iB B
定子磁势拉转子磁势旋转，为了使平均转矩最大。 两者的平均空间电角度为900。
S FAC
N
F0
60o n
60o FAB
无刷直流电机控制框图
I REF
+
PI PWM
ia
ia
到最简单的方程形式。
T
ω1
I 2T
++
ψ2 M
+
I 1T
I 2M
+
I 1M
(a ) 直流电机 模型
F1
I1
I 1T
β F0
ψ2
I 1M I 2T
F2
(b )电流、磁势向量图
等效直流机模型的方程
转子磁链方程 转子电压方程
I LI L
2M 2 1M M
2
I LIL
0
2T 2 1T M
驱动信号 输出
无刷直流电机及其控制系统的优缺点
优点： 1. 具有直流电机的控制特性。 2. 控制相对简单。 3. 电机效率高，体积小。
缺点： 1. 由于永磁材料贵，电机价格较贵。 2. 过热容易导致永久性失磁。 3. 弱磁运行较困难。 4. 需要转子位置传感器。
异步电机及其控制系统
1. 异步电机变频调速原理
永磁同步电机
数十W～数十kW
小
☆
相当简单 ◎
相当好 ◎
有点必要 △
好
△
要
△
不要
◎
异步电机
数百W以上
中～小 ◎
非常简单 ☆
非常好 ☆
不要
☆
非常好 ◎
不要
◎
要
△
三相交流电机功率变换器主电路构成
+
+A
+B
+C
Ud
C
-A
-B
-C
功率变换器主电路
A
B C
交流电机电枢绕组
无刷直流电机控制系统
1. 系统构成
三相功率 变换器
动力总成研究报告
第二部分：
电控原理及电机特性
拟制：朱堂群
主要内容
一、电控原理 二、电机特性比较 三、控制器控制方式
电控原理图
充
～
电
器
动力 电池
控 制 器
电机
主减速器
齿轮箱
电控原理之示意图
电控原理
电动汽车对电机控制系统的要求
1、优良的转矩控制性能； 2、宽广的调速范围； 3、宽范围的高效率运行区域； 4、高功率密度； 5. 优良的环境适应性和环保性； 6. 高可靠性； 7. 有竞争力的价格。
控制电路 控制器
转子位置 传感器
无刷直流电机
2.无刷直流电机与永磁同步电机差别
B0(e0)
永磁同步电机
0
无刷直流电机
2π ωt
一对极下不同的气隙磁密分布图
三相无刷直流电机的无载电势
eA
eB
eC
1
3
5
t
0
6
2
4
6
无刷直流电机工作原理
有6个定子空间磁势。
A iA
根据转子位置传感器检
测到的转子位置和要求
90～92
79～85
78～86
最高转速（rpm) 4000~6000 4000~10000 9000~15000 15000
电机费用/kW($) 10
10~15
8~12
6~10
控制器成本 1
2.5
3.5
4.5
坚固性
良
良
优
良
信赖性
普通
良
优
良
永磁同步电机与异步电机的特性比较
适性容量 尺寸、重量 结构 环境适应性 维护 生产性 位置传感器 速度传感器
电控原理
电动汽车电机控制系统的主要类型
直流电机控制系统（内容略）； 无刷直流电机控制系统； 异步电机控制系统； 开关磁阻电机控制系统（内容略）。
电机特性比较
交流电机的主要类型
永磁同步电机
转子永磁
(自控式）
1. 同步电机
无刷直流电机
转子励磁
交流
电机
转子绕线式
2. 异步电机（感应电机）
ω s*+
+
ω1
FG
cosω1t cos(ω1t -120o)
cos(ω1t -240o)
乘
法
i
*
b+
器
ic*+
ia ib
ωr
PI PI
ic
PWM
a
驱
动 -a
PWM 信 b
号 -b
PWM
产 生
c
-c
函数发生器
三角波
异步电机矢量控制
矢量控制原理 经3/2变化、旋转变换后，异步电机变成了直流电机模型。 将M-T坐标的M轴定在异步电机转子磁链的方向上，可得
脉宽调节控制（Pulse Width Modulation) 简称PWM控制。 1. SPWM; 2. 电压空间矢量PWM； 3. 优化PWM; 4. 随机PWM; 5.
高性能的控制方法
转子磁场定向矢量控制（等效直流电机控制） （20世纪70年代，由德国西门子公司的F.Blaschke提出。）