EV160电机驱动系统构成

EV160电机驱动系统具有驱动转矩大、动力性能强、节约能源、噪声小、易于实现自动控制等优点（详见本项目二维码资源——北汽EV160电机驱动系统组成）。其主要由驱动电机、电机控制器、减速器总成和电驱冷却系统四部分组成，各部件通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统进行电气和散热连接。

（一）驱动电机

与其他纯电动汽车一样，EV160的驱动电机是动力系统的重要执行机构，是电能与机械能转化的部件，且能监测自身的运行状态。北汽EV160选用的驱动电机是永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM），如图2-27所示。

图2-27　永磁同步电机外壳

1.驱动电机特点

EV160采用的永磁同步电机是由北京汽车集团有限公司自主研发，具有行驶效率高、体积小、质量小、可靠性高的特点，为整车提供动力。除此以外，该电机还具有转速快、加速快、起步快的优点。全封闭式的构造保证了电机清洁运转。电机额定功率为30kW，最大功率为53kW，最高车速可达125km/h；额定扭矩为102N·m，最大扭矩为180N·m，0至80km/h加速时间仅为9.7s，0至50km/h加速时间仅5s左右。EV160电机的具体参数见表2-1。

表2-1　EV160电机参数

2.驱动电机结构

永磁同步电机主要由定子总成、转子总成、壳体总成、接线盒和内部传感器等构成，如图2-28所示。

图2-28　驱动电机结构

（1）接线盒。

EV160的接线盒主要由三相连接线、高压互锁开关两部分构成。其中，高压互锁开关位于接线盒内，属于一种保护装置，主要由温度传感器和开合（拆卸）传感器组成，如图2-29所示。EV160采用的是触点式互锁开关，当打开接线盒盖，互锁开关自动断开高压线路，防止维修人员发生触电危险。

（2）传感器。

与其他纯电动汽车一样，传感器主要用于检测驱动电机的工况，并将信息传送给电机控制器，从而向其提供基本的控制信息。EV160驱动电机内的传感器由旋转变压器和温度传感器两部分构成。旋转变压器用以检测电机转子的位置，控制器解码后可以获知电机转速；温度传感器用来检测电机的绕组温度，控制器可以保护电机避免过热。

①旋转变压器。

旋转变压器简称旋变，是一种能转动的变压器，主要由旋转变压器转子和定子组成，如图2-30所示。这种变压器的初、次绕组分别放置在定、转子上。初、次绕组之间的电磁耦合程度与转子的转角有关，因此转子绕组的输出电压也与转子的转角有关。

旋转变压器可分为正余弦旋转变压器、线性旋转变压器和比例式旋转变压器，EV160采用的是正余弦旋转变压器，主要用来检测电机转子位置，并将其检测结果传输给电机控制器，经解码可获知电机转速。

图2-29　带温度检测的高压互锁开关

图2-30　旋转变压器

正余弦旋转变压器在定子槽中分别布置有两个空间互成90°的绕组，一个是定子励磁绕组（R1-R2），一个为定子交轴绕组（补偿），两套绕组的结构是完全相同的，如图2-31所示。

图2-31　定子励磁绕组示意图

在转子槽中分别布置有两个空间互成90°的绕组，一个正弦输出绕组，一个余弦输出绕组，两套绕组的结构是完全相同的，如图2-32所示。

图2-32　转子输出绕组示意图

当励磁绕组以一定的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，如图2-33所示。

图2-33　输出绕组电压幅值与转子转角的关系图

②温度传感器。

温度传感器用来检测电机的绕组温度，将温度信号传输给电机控制器，电机控制器可以保护电机避免过热。EV160采用的是PT1000型热敏电阻温度传感器，它是利用铂（Pt）金属的电阻会随温度变化而变化，并且具有很好的稳定性的物理特性制成的传感器，PT1000表示在0°C时，其电阻为1000Ω。

3.驱动电机工作原理

EV160的驱动电机具有驱动和发电两个功能。当车辆驱动行驶时，电机控制器控制电机使其发挥电动机的功能，将动力电池提供的电能转化为机械能，驱动车轮；当车辆减速或制动时，电机控制器控制电机使其发挥发电机的功能，将车轮的机械能转化为电能，回馈给动力电池。与此同时旋转变压器和温度传感器可将驱动电机的工作状态信息传输给电机控制器，电机控制器依据这些信息，对驱动电机实施控制和保护，如图2-34所示。电动机部件在工作过程中会产生大量的热，电机冷却循环水管中的冷却液可将多余热量带走，使其保持在正常的温度范围。

图2-34　驱动电机工作原理示意图

（二）电机控制器

EV160的电机控制器响应并反馈整车控制器（VCU）根据驾驶员意图发出的各种指令，实时调整驱动电机输出，以实现控制驱动电机的转速、转向和通断。电机控制器的另一个重要功能是通信和保护，它可以实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统和整车安全可靠地运行。

1.电机控制器结构

EV160的电机控制器，又称智能功率模块，其主要以绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块、电子监测装置为核心，辅以驱动集成电路、主控的集成电路组成，如图2-35所示。

图2-35　电机控制器组成

EV160电机控制器的IGBT模块是一个三相两电平电压源型逆变器，是电机驱动控制中心。电子检测装置和驱动集成电路、主控集成电路共同组成电机控制器内的电子控制装置。电机控制器内的电子检测装置主要是电流传感器，用以检测电机工作的实际电流，包括母线电流、三相交流电流；主控集成电路对所有的输入信号进行分析处理，并将电机驱动系统运行状态的信息通过CAN2.0网络发送给整车控制器；驱动集成电路给驱动电机发出控制指令。电机控制器内含故障诊断电路，当诊断出异常时，它将会激活一个错误代码，发送给整车控制器，同时也会存储该故障码和数据。

2.电机控制器工作原理

EV160的电机控制器的原理与其他纯电动汽车的一样，当驱动电机驱动车辆行驶时，电机控制器将动力电池的直流电转换为交流电（DC-AC逆变）供给驱动电机。而当驱动电机作为发电机，回收能量时，电机控制器则将交流电转换为直流电（AC-DC整流），为动力电池充电。与此同时，电机控制器通过电流传感器、电压传感器及温度传感器实时监测电机控制器本身与驱动电机的工作状态，确保电机驱动系统处于稳定的工作状态。

EV160的电机控制器具体的工作原理如下：

（1）MCU工作原理——驱动过程。

当电机驱动车辆前行或倒退时，动力电池通过高压控制盒将高压直流电流向电机控制器，电机控制器将动力电池的高压直流电逆变为三相交流电，供给驱动电机，驱动车辆，如图2-36所示。在车辆驱动过程中，电机控制器主要起逆变作用，其逆变电路主要由动力电池、绝缘栅双极型晶体管IGBT1～IGBT6、电机、整车控制器VCU等组成。其中VCU控制IGBT的导通和截止。

图2-36　MCU的驱动过程

当VCU控制IGBT3和IGBT5导通时，动力电池电流从电池正极流经IGBT3到驱动电机，从W相进、V相出，通过IGBT5回到动力电池负极，形成回路，在驱动电机W相、V相产生磁场，如图2-37所示。

图2-37　IGBT3和IGBT5导通

当VCU控制IGBT1和IGBT6导通时，动力电池电流从电池正极流经IGBT1到驱动电机，从U相进、W相出，通过IGBT6回到动力电池负极，形成回路，在驱动电机U相、W相产生磁场，如图2-38所示。

图2-38　GBT1和IGBT6导通

当VCU控制IGBT2和IGBT4导通时，动力电池电流从电池正极流经IGBT2到驱动电机，从V相进、U相出，通过IGBT4回到动力电池负极，形成回路，在驱动电机V相、U相产生磁场，如图2-39所示。

图2-39　IGBT2和IGBT4导通(www.xing528.com)

连续不断的导通变化，在驱动电机绕组中形成连续的旋转磁场，根据电动机原理，转子在旋转磁场作用下形成旋转转矩。此外，改变IGBT1～IGBT6的触发信号频率和时间，就能改变逆变器输入驱动电机定子绕组电流空间相量的相位和幅值，以适应驱动电机的驱动需要。

（2）MCU工作原理——能量回收过程。

当车辆减速或制动时，驱动电机转变为发电机，向电机控制器输送三相交流电，电机控制器将驱动电机输送过来的三相交流电整流成稳定的直流电，再通过高压控制盒，输送到动力电池，为动力电池充电，如图2-40所示。

图2-40　电机控制器的整流过程

在车辆能量回收过程中，电机控制器主要起整流作用，其整流电路主要由动力电池、二极管D1～D6、电机、整车控制器VCU等组成。电机控制器主要是利用其二极管的单向导电性能，将电机产生的三相交流电整流为直流电，如图2-41所示。

图2-41　电机控制器的整流电路原理

（三）减速器总成

EV160的机械减速装置采用的固定传动比的二级减速器，又称为减速器总成。EV160减速器的主要功能是通过齿轮改变转矩的传递方向，通过差速器实现两侧车轮差速作用，保证内、外侧车轮以不同转速滚动而非滑动。总的来说就是将整车驱动电机的转速降低、扭矩升高，以实现整车对驱动电机的扭矩、转速需求。

1.减速器总成结构

EV160的减速器总成是一款前置前驱减速器，采用左右分箱、两级传动结构设计（详见本项目二维码资源——北汽EV160减速器总成结构）。它具有体积小，结构紧凑的特点。采用前进挡和倒挡共用减速器总成这一结构，倒挡通过电机反转实现。减速器动力传动机械部分依靠两级齿轮副来实现减速增扭，其总传动比为7.79。EV160的减速器总成按功用和位置分为四大组件：输入轴组件、中间轴组件、差速器组件、箱体（左右箱体）。

（1）输入轴（详见本项目二维码资源——北汽EV160输入轴组件结构）。

输入轴由输入轴和一级减速主动齿轮（齿数：25）构成。输入轴的动力来自驱动电机。

（2）中间轴（详见本项目二维码资源——北汽EV160中间轴组件结构）。

中间轴主要由一级减速从动齿轮（齿数：49）和二级减速主动齿轮构成（齿数：17）构成。输入轴的一级减速主动齿轮与中间轴的一级减速从动齿轮啮合，传动为1.9。

（3）差速器（详见本项目二维码资源——北汽EV160差速器结构）。

差速器由差速器外壳、行星齿轮轴、2个行星齿轮、2个半轴齿轮和二级减速从动齿轮（齿数：69）构成。差速器的功用是将二级减速从动齿轮的动力传递给左右两个半轴，并允许左、右半轴以不同的转速旋转，使左、右驱动轮相对地面滚动而不是滑动。二级减速从动齿轮与中间轴的二级减速主动齿轮啮合，传动比约为4.1，是二级减速（二级减速器总传动比＝一级传动比×二级传动比＝7.79）。

差速器动力传递路线：二级减速从动齿轮→差速器壳→行星齿轮轴→行星齿轮→半轴齿轮→左右半轴→左右驱动轮。

（4）箱体。

箱体由左右箱体两部分构成，如图2-42所示。它是减速器中所有零件的基座，是支撑和固定轴系部件，保证传动零件的正确相对位置并承受作用在减速器上的负荷的重要零件。箱体一般还兼作润滑油的油箱，具有充分润滑和很好的密封箱体零件的作用。

图2-42　箱体结构

2.减速器总成工作过程

EV160减速器采用的是两组齿轮副实现降速增扭。下面将从驱动状态（前进）、减速/制动（前进）、倒车三个方面对EV160减速器的动力传递路线进行讲解。

（1）驱动状态（前进）。

车辆前进驱动时，减速器的动力传递路线为：驱动电机（正转）→输入轴→一级减速主动齿轮→中间轴一级减速从动齿轮→中间轴二级减速主动齿轮→二级减速从动齿轮→差速器半轴齿轮→左右半轴→左右驱动轮，如图2-43所示。

图2-43　驱动状态（前进）减速器的动力传递路线

（2）减速/制动状态（前进）。

车辆在前进挡状态下，松开加速踏板/踩下制动踏板时，减速器的动力传递路线为：左右驱动轮→左右半轴→差速器半轴车轮→二级减速从动齿轮→中间轴二级减速主动齿轮→中间轴一级减速从动齿轮→一级减速主动齿轮→输入轴→驱动电机，如图2-44所示。

图2-44　减速/制动状态（前进）减速器的动力传递路线

（3）倒车。

车辆倒车时，减速器的动力传递路线为：驱动电机（反转）→输入轴→一级减速主动齿轮→中间轴一级减速从动齿轮→中间轴二级减速主动齿轮→二级减速从动齿轮→差速器半轴齿轮→左右半轴→左右车轮，如图2-45所示。EV160减速器主要是通过驱动电机的正反转来实现车辆的前进和倒退的。

图2-45　倒车时减速器的动力传递路线

（四）电驱冷却系统

1.电驱冷却系统的组成

EV160的电机驱动系统是采用水冷方式进行冷却，该冷却系统主要由电动水泵、散热器、电动风扇、储液罐和冷却循环管路组成，如图2-19所示。

（1）电动水泵。

EV160选用的是叶轮式电动水泵（详见本项目二维码资源——北汽EV160电动水泵结构），其功用是对冷却液加压，保证其在冷却系统中循环流动。电动水泵的电机带动叶轮旋转时，水泵中的冷却液在离心力作用下被甩到叶轮外缘，叶轮外缘压力升高，冷却液从出水口甩出。

（2）电机驱动系统散热器。

EV160的散热器属于横流式（详见本项目二维码资源——北汽EV160散热器结构）。散热器主要由左储水室、右储水室、散热器翼片、散热器芯、进水管接口、出水管接口、放水螺塞以及溢流管接口等部件组成。

空气从散热器芯外面通过，冷却液在散热器芯内流动，冷空气将冷却液散在空气中的热量带走，散热器实质上是一个热交换器，如图2-46所示。

图2-46　散热器工作原理示意图

（3）电动风扇（详见本项目二维码资源——北汽EV160电动风扇结构）。

电动风扇是由整车控制器（VCU）控制的，驱动电机和电机控制器的温度都会影响电动风扇的转速。驱动电机的温度传感器将驱动电机温度传送给整车控制器，当检测到电机的温度在45°C至50°C时，整车控制器控制冷却风扇低速启动；当检测到驱动电机温度不小于50°C时，整车控制器控制冷却风扇高速启动；当检测到驱动电机温度降至40°C时，整车控制器控制冷却风扇停止工作。

电机控制器的温度传感器将电机控制器散热基板的温度信号传送给整车控制器，当检测到电机控制器散热基板的温度不小于75°C时，整车控制器控制冷却风扇低速启动；当检测到电机控制器散热基板温度不小于80°C时，整车控制器控制冷却风扇高速启动；当检测到电机控制器散热基板温度降至75°C时，整车控制器控制冷却风扇停止工作。

2.电驱冷却系统工作原理

电机驱动系统的冷却系统使用电动水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在电动水泵、驱动电机、电机控制器、散热器之间循环流动。换句话说就是电机驱动系统采用强制循环式水冷却，由电动水泵提供循环动力。

电动水泵将储液罐中的冷却液泵入电机控制器，冷却液对电机控制器进行冷却后从出水口流入驱动电机外壳水套，吸收驱动电机的热量后冷却液随之升温，随后冷却液从驱动电机的出水口流出经过冷却管路流入散热器，在散热器中冷却液通过流过散热器周围的空气散热而降温，最后冷却液经散热器出水软管返回电动水泵进行往复循环，如图2-47所示。

图2-47　电驱冷却系统水循环路线