电动汽车电驱动系统详解及故障分析 核心提示：一、电动汽车系统组成如果把电动汽车看生是一个大系统，则系统主要由电力驱动子系统、电源子系统和辅助子系统组成。电驱动系统主要由四大部分组成：驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心

一、电动车系统组成

如果把电动汽车看成一个大系统，该系统主要由电驱动子系统、电源子系统和辅助子系统组成。 电驱动系统主要由驱动电机、变速器、功率变换器和控制器四部分组成。 驱动电机是电驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。 驱动电机和变速器的尺寸和重量也会影响汽车的整体效率。 电源转换器和控制器与电动汽车的安全可靠运行有很大关系。 驱动系统的作用是将电池储存的电能高效地转化为车轮的动能，推动车辆前进，并在车辆减速制动或下坡时实现再生制动。

下图显示了一个典型的电动汽车系统的组成。 图中双线表示机械连接； 粗线表示电气连接； 细线表示控制信号连接； 直线上的箭头表示电力或控制信号的传输方向。 油门踏板的信号输入电子控制器，通过控制功率转换器来调节电动机输出的扭矩或转速，电动机输出的扭矩通过车辆传动系统驱动车轮旋转。 充电器通过汽车的充电口给电池充电。 汽车行驶时，电池通过电源转换器为电机供电。 当电动汽车采用电​​制动时，驱动电机在发电状态下运行，车辆的部分动能反馈给电池进行充电，延长了电动汽车的续驶里程。

2、电动汽车电驱动系统的特点

电动汽车的电力驱动系统是与内燃机汽车最大的区别。 电动汽车对驱动系统提出了很高的要求。 电动智驾总结，电动汽车驱动系统应满足以下要求：

1）瞬时功率大，短时过载能力强，满足爬坡和加速需要；

2）调速范围广；

3）在整个运行速度范围和负载范围内具有高效率。 也就是说，电机在所有工作范围内综合效率都较高，从而使电动汽车一次性行驶里程最大化；

4）可靠性高，使用方便，价格低廉；

5）功率密度高、体积小、重量轻。

3、电动汽车电驱动系统的组成

1.电动车驱动电机

小型、轻量化、高效电机的选择对于目前电动汽车电池容量小、续驶里程短的现状尤为重要。 早期的电动汽车驱动电机大多采用他励直流电机（DCM）。 直流电机驱动系统可以通过改变输入电压或电流实现对其转矩的独立控制，调速平滑，动态特性好，具有成本低、技术成熟等优点。 但直流电机的绝对效率低、体积和质量大、碳刷和换向器维护量大、散热困难，使其在现代电动汽车中的应用越来越少。 随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的发展、新材料的出现和现代控制理论的应用，机电一体化交流传动系统显示出其高效率、高能量密度、驱动力大、有效的再生制动、可靠的运行和几乎无需维护使得交流驱动系统越来越多地应用于电动汽车。 目前，在电动汽车中，主要采用永磁同步电机（PMSM）驱动系统、开关磁阻电机（SRM）驱动系统和异步感应电机（联氨）驱动系统。

2.传输

该电动汽车驱动电机工作范围宽，在低速恒扭矩区和高速弱磁区具有良好的扭矩。 速度性能，为了提高传动系统的效率，可以将内燃机车辆中必需的非常重的机械齿轮传动装置拆除，代之以具有固定速比减速器的传动系统。 定速比确实很重要。 如果选择不当，会对车辆的性能产生不利影响。 通过多次仿真和实验测试，可以对电动汽车的固定速比进行优化设计，使其具有良好的传动性能。

3.电源转换器

在现代电动汽车的电驱动系统中，电池中存储的直流电经过电压/频率转换后，通过功率变换器转换为电机和其他交流负载。 功率变换器技术发展的目标是实现高功率密度、高效率、高可控性和高可靠性。 常见的功率变换器为三相全桥拓扑，其中以电压源逆变器研究最多，控制方式也以PWM调制为主。 此外，电驱动系统的一些能源，例如超级电容器，也采用DC-DC转换器来控制各个能源的功率流。 对于电动汽车，在选择功率器件时，必须考虑额定值、转换效率、功率损耗、基极/栅极驱动能力、动态特性、坚固可靠性、成熟度和成本等要求。

4、电子控制器

电子控制器，即电机调速装置，是为了电动汽车变速、变向而设置的。 其作用是控制电机的电压或电流，完成对电机驱动扭矩和旋转方向的控制。 早期的电动汽车中，直流电机的调速是通过串联电阻或改变电机磁场线圈的匝数来实现的。 由于其调速是有级的，并且会产生额外的能量消耗或使用结构复杂的电机，所以现在很少使用。 目前，晶闸管斩波调速在电动汽车上得到广泛应用。 通过均匀改变直流电机的端电压，控制电机的电流，实现电机的无级调速。 在电力电子技术的不断发展中，它也逐渐被其他功率晶体管（如GTO、MOSFET、BTR和IGBT等）斩波调速装置所取代。

4、电机驱动系统常见故障分析

电机驱动系统的故障主要分为电机故障和电机控制器故障。

电动机是电能和机械能转换、实现车辆驱动的关键部件，是典型的机电混合动力。 电机故障涉及电路系统、磁路系统、绝缘系统、机械系统、通风散热系统等多种因素。 任何一个系统运行不良或它们之间的配合不良都会导致电机出现故障。 因此，电机故障比其他设备故障更复杂，电机故障诊断涉及的技术范围更广。

此外，电动机的运行还与其负载和环境因素有关。 电机运行在不同的状态下，表现出不同的故障状态，进一步增加了电机故障诊断的难度。 一般来说，电机故障可分为机械故障和电气故障。 机械故障主要有定子铁芯损坏、转子铁芯损坏、轴承损坏和轴损坏。 其故障原因有振动、润滑不足、高速、静载荷过大、过热等引起的磨损和压痕。 、腐蚀、电腐蚀和开裂等； 电气故障主要是定子绕组故障和转子绕组故障。 故障原因有电机绕组接地、短路、断路、接触不良、鼠笼断条等。

由于设备本身的结构和物理特性以及它们之间的电磁兼容问题，电机控制器的故障也成为电机驱动系统故障的主要原因。 电机控制器的故障主要有以下几类：IGBT故障、输入电源线及地线故障、整流二极管短路、直流母线接地错误、直流侧电容短路、晶闸管短路、温度超限报警、缺相电流过流、过压、欠压等高压电气系统故障。

电机常见故障及解决方法见表2。 主电机控制器常见故障及解决方法见表3。

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