◆文/北京 李玉茂

(1)輸入/輸出接口電路，負(fù)責(zé)外部輸入信號與控制主板轉(zhuǎn)換連接，負(fù)責(zé)控制主板輸出信號與外部轉(zhuǎn)換連接。

(2)控制主板，與VCU通信，對旋變傳感器供電，對旋變信號分析，控制IGBT，監(jiān)測高壓直流母線電流，監(jiān)測IGBT模塊溫度，監(jiān)測高壓插頭連接情況。

(3)驅(qū)動主板，接受控制主板指令，控制每只IGBT導(dǎo)通或斷開。

(4)IGBT，將直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電并且變頻，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向，車輛減速時回收能量，將三相交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電，對動力電池充電。

(5)超級電容，如圖13所示，超級電容與高壓直流母線并聯(lián)，作用是在電機(jī)啟動時保持電壓穩(wěn)定。

(6)放電電阻，當(dāng)斷開高壓直流時，消耗掉超級電容放出的電流。新款車在高壓下電后，電機(jī)控制器指令I(lǐng)GBT短暫工作，消耗掉超級電容放出的電流。

(7)電壓傳感器，包括動力電池電壓傳感器、12V電壓傳感器，用以檢測供給電機(jī)控制器的直流高壓和弱電工作電壓。

(8)電流傳感器，包括直流母線排電流傳感器、三相交流輸出電流傳感器，用以檢測實(shí)際電流。

(9)溫度傳感器，包括IGBT模塊溫度傳感器和電路板溫度傳感器，用以監(jiān)測IGBT模塊和電路板的溫度。

電機(jī)控制器又稱智能功率模塊(IPM)，是驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的控制中心，以IGBT為核心，輔以控制電路、驅(qū)動電路。IGBT譯成中文是“絕緣柵雙極型晶體管”，如圖14所示，該模塊包含6個IGBT，搭成三相橋式逆變電路。

如圖15所示，IGBT內(nèi)部包含2個IGBT，是一種用小電流控制大電流的開關(guān)元件，綜合了電力晶體管和電力場效應(yīng)晶體管的優(yōu)點(diǎn)。IGBT是三端器件，包括柵極、集電極、發(fā)射極，柵極無觸發(fā)信號，集電極與發(fā)射極之間不導(dǎo)通；驅(qū)動電路對柵極發(fā)送觸發(fā)信號，集電極與發(fā)射極之間導(dǎo)通。

如圖16所示，電機(jī)定子上繞有三相繞組，每相繞組的尾端連接在一起稱作中性點(diǎn)，首端引出U相、V相、W相。三相橋式逆變器/整流器由6個IGBT和與之并聯(lián)的6個二極管構(gòu)成，IGBT的編號為VD1～VD6。正極母線排、負(fù)極母線排之間串聯(lián)兩個IGBT，集電極與正極母線排相連的IGBT稱上橋臂，發(fā)射極與負(fù)極母線排相連的IGBT稱下橋臂。3個上、下橋臂之間的節(jié)點(diǎn)，分別連接U相、V相、W相。

為了能夠?qū)恿﹄姵氐闹绷麟娹D(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動電機(jī)的三相交流電，6個IGBT模塊在驅(qū)動電路的觸發(fā)信號驅(qū)動下，依次間隔60°順序?qū)ɑ蜿P(guān)斷，三相繞組的相位差120°。三相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電磁場，與轉(zhuǎn)子的永久磁場相互作用，轉(zhuǎn)子在電磁力作用下旋轉(zhuǎn)并對外做功。

IGBT工作過程如圖17所示，驅(qū)動電路對VD1、VD6的柵極觸發(fā)使之導(dǎo)通，電流由正極母線排流過VD1進(jìn)入U相，然后從W相流出，再流過VD6回到負(fù)極母線排。

如圖18所示，驅(qū)動電路對VD2、VD4的柵極觸發(fā)使之導(dǎo)通，電流由正極母線排流過VD2進(jìn)入V相，然后從U相流出，再流過VD4回到負(fù)極母線排。

如圖19所示，驅(qū)動電路對VD3、VD5的柵極觸發(fā)使之導(dǎo)通，電流由正極母線排流過VD3進(jìn)入W相，然后從V相流出，再流過VD5回到負(fù)極母線排。

以上說的在每個瞬間，只有一個正橋臂和一個負(fù)橋臂導(dǎo)通，只有兩相繞組流過電流，這是為了理解容易。實(shí)際在每個瞬間，三相繞組均有電流流過(電壓過零點(diǎn)的瞬間除外)，如圖20所示，每個瞬間有兩個正橋臂和一個負(fù)橋臂導(dǎo)通，或有一個正橋臂和兩個負(fù)橋臂導(dǎo)通，每60°變換一次。

逆變器輸出三相交流電波形如圖21所示，橫坐標(biāo)是時間t，縱坐標(biāo)是電壓U。橫坐標(biāo)在0～60°,W相與U相的正橋臂導(dǎo)通，這兩相電流流出，電壓為正；V相的負(fù)橋臂導(dǎo)通，該相電流流入，電壓為負(fù)。

如圖22所示，6個整流二極管的序號為D1～D6，D1、D2、D3稱作正向二極管，D4、D5、D6稱作反向二極管。二極管導(dǎo)通原則，哪相電壓最高哪相的正向二極管導(dǎo)通，哪相電壓最低哪相的反向二極管導(dǎo)通。當(dāng)車輛進(jìn)行能量回收時，電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，D2、D6因受到正向電壓而導(dǎo)通，此時電流由V相流過D2進(jìn)入正極母線排，流過動力電池對其充電，然后流回到負(fù)極母線排，再流過D6回到W相形成回路。整流原理如同燃油汽車交流發(fā)電機(jī)的三相橋式整流電路。

電機(jī)控制器監(jiān)測充電電流，不得大于動力電池允許的最大充電電流。如果大于，電機(jī)控制器執(zhí)行IGBT工作狀態(tài)，控制定子線圈磁場的旋轉(zhuǎn)角速度，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同時降低。停止回收能量，這樣就保證不大于最大充電電流。

當(dāng)電池溫度過低時，不能回收能量；當(dāng)電池電量很少時，能夠正?；厥漳芰浚划?dāng)電池電量大于90%或95%，不能回收能量；當(dāng)電池電量在很少和很多之間時，限制能量回收不大于最大充電電流。一般認(rèn)為在車輛非緊急制動的普通制動情況下，約20%的能量可以回收；但是實(shí)際上，回收能量整個過程中也會產(chǎn)生損耗，能夠回收的能量大約有續(xù)航里程的8～15%。

掛入D位，擋位信息和加速踏板位置信息送給VCU，VCU將駕駛員操作意圖通過CAN(新能源CAN)總線傳給電機(jī)控制器，電機(jī)控制器結(jié)合旋變傳感器信息，向電機(jī)輸入三相交流電，三相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，與轉(zhuǎn)子的永久磁場作用，轉(zhuǎn)子正方向旋轉(zhuǎn)。IGBT將高壓直流逆變成高壓三相交流電，通過調(diào)整頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。保持電壓不變，就可以使電機(jī)功率恒定。VCU將電機(jī)當(dāng)前功率、電流、電壓通過CAN送到儀表控制單元，儀表顯示當(dāng)前電機(jī)功率數(shù)值。

掛入E位，加速時提速比較平緩，盡可能節(jié)省電量。當(dāng)松開加速踏板，回收的能量更多，感覺降速強(qiáng)烈，滑行距離比D位短。不同車型的E位設(shè)有2級或3級，級數(shù)越高節(jié)省電量越多。

當(dāng)駕駛?cè)怂砷_加速踏板，此時車輪拖動電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)。BMS計算最大充電電流，電機(jī)控制單元通過IGBT將三相交流電整流成高壓直流電，對動力電池充電，饋能電流必須小于BMS計算的最大充電電流。當(dāng)踩下制動踏板，VCU指令電機(jī)控制器，更多的電流充入動力電池。

掛入D位，VCU通知電機(jī)控制器改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，即由U-V-W，變?yōu)閃-V-U通電順序，電機(jī)反轉(zhuǎn)。

四、北汽EV200驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)

驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)框圖如圖23所示，VCU根據(jù)駕駛員意圖發(fā)出各種指令，電機(jī)控制器響應(yīng)并反饋，實(shí)時調(diào)整驅(qū)動電機(jī)輸出，以實(shí)現(xiàn)整車的爬行、前行、能量回收、倒車、停車，以及駐坡等功能。電機(jī)控制器另一個重要功能是通信和保護(hù)，實(shí)時進(jìn)行狀態(tài)和故障檢測，保護(hù)驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)和整車安全可靠運(yùn)行。

如圖24所示，電機(jī)控制器將輸入的直流電逆變成電壓、頻率可調(diào)的三相交流電，供給配套的三相交流永磁同步電機(jī)使用。

驅(qū)動電機(jī)19針插座如圖25所示，端子定義見表3。

電機(jī)控制器35針插座如圖26所示，端子定義見表4。

如圖27所示，余弦繞組高壓+與高壓-連接DC+與DC-。12V正極經(jīng)過熔絲7.5A和電機(jī)繼電器進(jìn)入MCU的1針供給工作正電，24針連接12V負(fù)極。MCU的33、12、11、23、35、34接收旋變傳感器信號(12-11勵磁繞組，23-22正弦繞組，35-34余弦繞組)，15、16針連接開蓋開關(guān)，10-9針接收溫度傳感器1信號，21-20接收溫度傳感器2信號。31、32針連接新能源CAN總線，29針是CAN總線的金屬屏蔽，30針與29針相連是CAN地線。電機(jī)控制器輸出三相變頻交流電U、V、W供給驅(qū)動電機(jī)。

減速器功能是將整車驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低、扭矩升高，以實(shí)現(xiàn)整車對驅(qū)動電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速需求。EV200減速器總成是一款前置前驅(qū)減速器，采用左、右殼體，減速器和主減速器兩級傳動結(jié)構(gòu)，總減速比7.793。具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，采用前進(jìn)擋和倒擋共用結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，整車倒擋通過電機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，技術(shù)參數(shù)見表5，外形如圖28所示。

減速器動力傳動機(jī)械部分是依靠兩級齒輪副來實(shí)現(xiàn)減速增扭，其按功用和位置分為五大組件，如圖29所示，包括左殼體、右殼體、輸入軸組件、中間軸組件、差速器組件。動力傳遞路線為：驅(qū)動電機(jī)→輸入軸→輸入軸齒輪→中間軸齒輪→主減速器主動齒輪→主減速器被動齒輪→差速器半軸齒輪→左、右半軸→左、右車輪。