北汽新能源EV200驱动电机系统组成

图6-1　北汽新能源EV200 15款驱动电机系统组成

驱动电机系统组成如图6-1所示。通常驱动电机系统由驱动电机（DM）、电机控制器（MCU）、机械传动装置构成，通过高低压线束、冷却管路，与其他系统作电气和散热连接。驱动电机系统主要通过有效的控制策略将动力电池提供的直流电转化为交流电，实现电机的正转和反转控制。在制动/减速时将电机发出的交流电转化为直流电，将能量回收给动力电池。

1.电机控制器的作用

整车控制器（VCU）根据驾驶人意图发出各种指令，电机控制机器响应并回馈，实时调整驱动电机输出，以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。电机控制器另一个重要功能是通信和保护，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运行。

在北汽新能源EV系列的纯电动车中，电机控制器通过CAN网络与整车控制器通信，通过电压传感器监测直流母线及相电流，并且能够采集IGBT和电机温度，通过控制电路控制和反馈给：IGBT模块，为旋变传感器励磁供电，对旋变的信号进行检测与分析。

2.电机控制器的组成及其功能

电机控制器如图6-2所示，由功率变换器（IGBT）、控制主板、传感器、超级电容、放电电阻、接口、冷却水管等组成。

图6-2　北汽新能源EV系列电机控制器

（1）控制主板（中央控制模块）　控制主板主要包括控制芯片及外围电路、A—D采样电路、IGBT驱动和保护电路、位置检测电路等几部分。中央控制模块，对外，通过对外接口，得到整车上其他部件的指令和状态信息；对内，把翻译过的指令传递给逆变器驱动电路，并检测控制效果。

（2）传感器　使用以下传感器用来提供驱动电机的工作信息，包括：

1）电流传感器如图6-3所示，用以检测电机工作的实际电流（包括母线电流、三相电流）。

2）电压传感器用以检测供给电机控制器工作的实际电压（包括动力电池电压、12V蓄电池电压）。

图6-3　电流传感器(www.xing528.com)

3）温度传感器如图6-4所示，用以检测电机控制器的工作温度（包括IGBT模块温度、电机控制器板载温度）。

4）位置传感器安装在驱动电机内部，用以检测转子磁极位置，为逆变器提供正确换向信息。位置传感器主要包括电磁式（旋转变压式）、光电式（光电编码器）、磁敏式（霍尔位置传感器）几种。

图6-4　比亚迪c5驱动电机温度传感器

（3）功率变换器模块功率变换器主电路采用三相全桥逆变电路，对电机电流、电压进行控制，其功率开关器件一般采用IGBT如图6-5所示。

ICBT在功率MOSFET工艺技术基础上发展起来，它兼有功率MOSFET高输入阻抗、开关速度快和电子晶体管（GTR）的大电流密度的特点。IGBT自投入市场以来，已成为中、大功率电子电力设备的主导器件。

图6-5　IGBT模块

IGBT的结构和工作原理

IGBT也是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。图6-6a所示为一种由N沟道MOSFET与双极型晶体管组合而成ICBT的基本结构，比MOSFET多一层P+注入区，因而形成了大面积的P+、N+和J1实现对漂移区电导率进行调制，使得IG－BT具有很强的通流能力，其等效电路图如图6-6b所示。简化等效电路表明IGBT是用GTR与MOSFET组成的达林顿结构，相当于一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。

图中RN为晶体控制区内的调制电阻，因此ICBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同。是一种场控器件，其开通和关断是由栅极和发射极间的电压UGE决定的。当UGE：为正且大于开启电压UGE（th）时，功率MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而使IGBT导通。当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得IGBT关断。

电导调制效应使得电阻RN减小，这样高耐压的ICBT也具有很小的通态压降。

图6-6　IGBT结构、简化等效电路和电气图形符号

（4）驱动控制模块将中央控制模块的指令转换成对逆变器中可控硅的通断指令.并作为保护装置，具备过电压、过电流等故障的监测保护功能。