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摘 要：吉利帝豪EV450电机控制器控制着动力电池组到电机之间能量的传输，同时采集电机位置信号和三相电流检测信号，精确地控制驱动电机运行。电机控制器将动力电池中高压直流电逆变为交流电以驱动电机，同时具备能量回收功能，车辆制动或滑行阶段，将车轮旋转的动能转换为电能给动力电池充电，电机作为发电机应用。本文详细介绍了吉利汽车帝豪EV450 的电驱动系统，从结构组成、工作模式、工作原理及故障檢修等方面进行系统阐述。
关键词：吉利 帝豪EV450 电机控制器 驱动电机
Construction and Maintenance of Geely Emgrand EV450 Electric Drive System
Hua Qi
Abstract：The Geely Emgrand EV450 motor controller controls the energy transmission from the power battery pack to the motor， and collects the motor position signal and the three-phase current detection signal at the same time to accurately control the operation of the drive motor. The motor controller inverts the high-voltage DC power in the power battery to AC power to drive the motor. It also has an energy recovery function. The kinetic energy of the wheel rotation is converted into electrical energy to charge the power battery during the braking or coasting phase of the vehicle. The motor is used as a generator. This article introduces the electric drive system of Geely Auto's Emgrand EV450 in detail， and systematically explains the structure， working mode， working principle， and troubleshooting.
Key words：Geely， Emgrand EV450， motor controller， drive motor
1 引言
纯电动汽车的驱动电机一般是指将电能转换成机械能并且驱动车辆的装置。目前我国常用的电机是永磁同步电机，其效率高、结构简单、体积小、重量轻、振动小，低噪音等优点被广泛使用，成为了主流电机。永磁同步电机由电机控制器驱动，吉利帝豪EV450的电机控制器安装在前舱内，采用CAN通讯控制，DC/DC转换器被集成在电机控制器内部[1]。驱动电机采用三相永磁同步电机，主要由定子和转子组成，定子产生旋转磁场，转子是由永磁材料制成，提供励磁，结构较为简单，降低了制造与装配的成本，由于不需要采用传统有刷电机的集电环和电刷，又无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度和可靠性[1]。
2 电机控制器的结构与原理
2.1 电机控制器概述
电动汽车的电机控制器，是电动汽车“三电”中的核心。电动汽车要实现加速、定速巡航、能量回收，都要依靠电机控制器。吉利帝豪EV450纯电动汽车的电机控制器安装在车辆的前舱内，见图1。采用CAN总线通讯，通过PCAN协同控制车辆的动力系统，主要完成动力电池与电机之间的能量传输。车辆制动或滑行阶段，驱动电机作为发电机。它可以把车轮旋转的动能转换为电能，给动力电池充电。见图2。
2.2 电机控制器结构和工作原理
吉利帝豪EV450的电机控制器内部包含一个DC/AC逆变器和一个DCDC转换器。逆变器由IGBT模块、高压薄膜电容、主控电路板等组成。可以实现直流变交流、直流变直流。DCDC由高低压功率器件、变压器、电感、信号控制电路板等组成，实现高压直流向低压直流的能量传递[1]。电机控制器内部集成了MCU，采集电机旋变信号、温度信号、互锁信号，采用矢量控制技术控制IGBT，完成对电机的控制。并通过CAN网络和外部设备进行数据通信，电机控制器结构原理图如图3所示。还包含冷却器，冷却液流过冷却管路给电机控制器内部的电子功率元器件散热。
2.2.1 转矩控制模式
电机控制器控制电机轴向四象限的转矩。由于没有安装转矩传感器，转矩指令由整车控制器VCU发送，并被电机控制器转换为输出电流的指令，进行闭环反馈控制，转矩模式只有在获得正确的电机转子初始偏移角度时才能运行[1]。
2.2.2 主动放电模式
主动放电用于电机控制器内部高压薄膜电容快速放电，主动放电指令来自于整车控制器VCU的指令或由电机控制器PEU内部故障触发，使高压电容中的存储的电能通过一个功率电阻快速放电。
2.2.3 DC/DC直流转换
电机控制器中的DC-DC转换器将动力电池端的高压直流转换成指定的低压直流，供给车辆的12V低压电源系统，低压设定值来自整车控制器的指令[1]，一般实际输出在14V左右，给全车低压设备供电并给12V低压蓄电池充电。
2.2.4 系统诊断功能
在发生故障的时候，软件根据故障的级别使电机控制器进入限制状态，限制状态包括主动短路或Freewheel模式，限制状态包括四个级别的功率/转矩输出限制。PEU软件中提供基于ISO-14229标准的诊断通讯功能如表1。 3 驱动电机的结构与原理
3.1 驱动电机概述
永磁同步电机是以磁场为媒介进行动能和电能相互转换的电磁装置，主要由螺盖，转子轴，转子支撑，转子，定子，轴承，水套内圈和机座组成[5]。电机是电动力系统的重要执行机构，是电能与机械能转换的部件，自身的运行状态等信息可以被采集到电机控制器上，依靠内部的传感器来提供电机的工作信息。旋變传感器提供转子的位置信息[5]、转速及方向，温度传感器提供温度信号。
永磁同步电机的结构与直流电动机结构相似，因此具备直流电动机结构简单，运行可靠，功率密度大，调速性能好等特点，与此同时，永磁同步电机普遍采用矢量控制技术，所以在噪音控制和精度调节上做得更出色[3]。吉利帝豪EV450电机的额定功率42KW，峰值功率120KW，额定转矩105N.M，峰值转矩250N.M。
3.2 驱动电机工作原理
定子线圈在三相交流电的作用下产生旋转磁场。永磁体转子在旋转磁场的作用下，产生和旋转磁场同步的转动扭矩，通过旋转变压器检测到的转子的位置信息、以及通过霍尔电流传感器检测到的线圈的电流，控制驱动电机的扭矩输出[1]。如图4所示。
旋变信号的作用是检测驱动电机转子当前的位置信息、转速和方向，电机控制器通过旋变信号计算当前的驱动电机转速[4]。本车旋变采用的是磁阻式旋转变压器。结构如图5所示，旋变转子和驱动电机转子同轴连接，随着电机转轴的转动，旋变定子内侧有感应线圈，驱动电机旋转时，带动旋变转子转动[4]，在励磁线圈的作用下，正弦和余弦线圈输出旋变信号。
4 电机控制器故障诊断与维修
4.1 电机控制器无法通讯故障与检修
4.1.1 故障现象
一辆 2017年款吉利帝豪EV450出现READY灯不亮，车辆上不了高压电，动力系统故障警告灯点亮，主减速器系统故障指示灯点亮，电子稳定系统故障指示灯点亮，如图6所示。
4.1.2 故障诊断
首先连接诊断仪，进行全车扫描。扫描过后发现，只有电机控制器一个控制模块无法通讯。其他模块都能正常通讯。 整车控制器报故障码：U011087，与电机控制器通讯丢失。可能的故障原因有：电机控制器主供电线路故障、电机控制器搭铁线路以及搭铁点故障、电机控制器CAN线断路故障以及电机控制器本体故障。根据原车电路，见图7，逐一检测。
4.1.3 故障检测
（1）操作启动开关使电源模式至ON状态。测量EF32保险丝两端电压，测量结果为12V，正常值为11-14V。保险丝上游供电正常。
（2）操作启动开关使电源模式至OFF状态。断开蓄电池负极，断开电机控制器连接线束BV11，测量BV11/26-EF32下游端之间电阻，测量结果为0Ω，正常值<1欧姆。说明电机控制器的主供电正常。
（3）测量BV11/11-车身搭铁点的阻值，测量结果为0Ω，正常值<1Ω。说明电机控制器的车身搭铁正常。
（4）电机控制器在PCAN通讯网络上，内部接有120欧姆终端电阻，断开BV11连接器，测量BV11/20-BV11/21的电阻，测量值为120Ω，正常值为120Ω。说明电机控制器的CAN线没有出现断路故障。
（5）更换电机控制器，车辆正常启动。该故障是电机控制器总成损坏导致的车辆无法上电。
4.2 电机控制器旋变信号线路故障与检修
4.2.1 故障现象
2017款吉利帝豪EV450出现READY灯不亮，车辆上不了高压电，动力系统故障警告灯点亮，车辆无法挂挡。见图8。
4.2.2 故障诊断
连接故障诊断仪，进行全车扫描，故障码如表2：
根据故障码，初步判定电机旋变信号故障。查看原车电路，见图9。
4.2.3 故障检测
（1）操作启动开关使电源模式至OFF状态。断开蓄电池负极。测量电机旋变的正弦、余弦、励磁电阻值。正常只为 余弦：14.5±1.5Ω.正弦：13.5±1.5Ω.励磁：9.5±1.5Ω。
（2检测驱动电机余弦旋变信号线路。断开电机控制器连接线束BV11，断开驱动电机线束连接器BV13。依次测量6跟信号线，正常阻值都应小于1欧姆。
（3）实际测量BV11/23余弦+到BV13/8余弦-，之间阻值无穷大，得出结论电机控制器到驱动电机之间余弦线路断路故障。进行线路的维修。
（4）车辆恢复，打开点火开关，车辆正常上电，可挂挡行驶，故障排除。连接诊断仪，再次读取故障码，清除历史故障码。
4.3 吉利EV450电机控制器主要故障汇总
围绕帝豪EV450电驱动系统，本文汇总了部分车辆的故障现象及故障码和可能出现的故障范围。见表3：
参考文献：
[1]周晓飞. 电动汽车动力部分结构的原理及维修注意事项一[J]. 汽车维修与保养， 2017.
[2]陈益广. 内置混合式转子结构可控磁通永磁同步电机的研究[D]. 沈阳工业大学，2008.
[3]何鸿飞. 基于两段式扩展卡尔曼滤波算法的永磁同步电机无位置传感器转子位[D]. 河北科技大学，2018.
[4]周晓飞. 电动汽车动力部分结构的原理及维修注意事项一[J]. 汽车维修与保养，2017.
[5]“简述电动汽车驱动电机” [EB/OL].[2018-12-22].http：//www.gzweix.com/article/sort0253/sort0666/info-319895.html.
关键词：吉利 帝豪EV450 电机控制器 驱动电机
Construction and Maintenance of Geely Emgrand EV450 Electric Drive System
Hua Qi
Abstract：The Geely Emgrand EV450 motor controller controls the energy transmission from the power battery pack to the motor， and collects the motor position signal and the three-phase current detection signal at the same time to accurately control the operation of the drive motor. The motor controller inverts the high-voltage DC power in the power battery to AC power to drive the motor. It also has an energy recovery function. The kinetic energy of the wheel rotation is converted into electrical energy to charge the power battery during the braking or coasting phase of the vehicle. The motor is used as a generator. This article introduces the electric drive system of Geely Auto's Emgrand EV450 in detail， and systematically explains the structure， working mode， working principle， and troubleshooting.
Key words：Geely， Emgrand EV450， motor controller， drive motor
1 引言
纯电动汽车的驱动电机一般是指将电能转换成机械能并且驱动车辆的装置。目前我国常用的电机是永磁同步电机，其效率高、结构简单、体积小、重量轻、振动小，低噪音等优点被广泛使用，成为了主流电机。永磁同步电机由电机控制器驱动，吉利帝豪EV450的电机控制器安装在前舱内，采用CAN通讯控制，DC/DC转换器被集成在电机控制器内部[1]。驱动电机采用三相永磁同步电机，主要由定子和转子组成，定子产生旋转磁场，转子是由永磁材料制成，提供励磁，结构较为简单，降低了制造与装配的成本，由于不需要采用传统有刷电机的集电环和电刷，又无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度和可靠性[1]。
2 电机控制器的结构与原理
2.1 电机控制器概述
电动汽车的电机控制器，是电动汽车“三电”中的核心。电动汽车要实现加速、定速巡航、能量回收，都要依靠电机控制器。吉利帝豪EV450纯电动汽车的电机控制器安装在车辆的前舱内，见图1。采用CAN总线通讯，通过PCAN协同控制车辆的动力系统，主要完成动力电池与电机之间的能量传输。车辆制动或滑行阶段，驱动电机作为发电机。它可以把车轮旋转的动能转换为电能，给动力电池充电。见图2。
2.2 电机控制器结构和工作原理
吉利帝豪EV450的电机控制器内部包含一个DC/AC逆变器和一个DCDC转换器。逆变器由IGBT模块、高压薄膜电容、主控电路板等组成。可以实现直流变交流、直流变直流。DCDC由高低压功率器件、变压器、电感、信号控制电路板等组成，实现高压直流向低压直流的能量传递[1]。电机控制器内部集成了MCU，采集电机旋变信号、温度信号、互锁信号，采用矢量控制技术控制IGBT，完成对电机的控制。并通过CAN网络和外部设备进行数据通信，电机控制器结构原理图如图3所示。还包含冷却器，冷却液流过冷却管路给电机控制器内部的电子功率元器件散热。
2.2.1 转矩控制模式
电机控制器控制电机轴向四象限的转矩。由于没有安装转矩传感器，转矩指令由整车控制器VCU发送，并被电机控制器转换为输出电流的指令，进行闭环反馈控制，转矩模式只有在获得正确的电机转子初始偏移角度时才能运行[1]。
2.2.2 主动放电模式
主动放电用于电机控制器内部高压薄膜电容快速放电，主动放电指令来自于整车控制器VCU的指令或由电机控制器PEU内部故障触发，使高压电容中的存储的电能通过一个功率电阻快速放电。
2.2.3 DC/DC直流转换
电机控制器中的DC-DC转换器将动力电池端的高压直流转换成指定的低压直流，供给车辆的12V低压电源系统，低压设定值来自整车控制器的指令[1]，一般实际输出在14V左右，给全车低压设备供电并给12V低压蓄电池充电。
2.2.4 系统诊断功能
在发生故障的时候，软件根据故障的级别使电机控制器进入限制状态，限制状态包括主动短路或Freewheel模式，限制状态包括四个级别的功率/转矩输出限制。PEU软件中提供基于ISO-14229标准的诊断通讯功能如表1。 3 驱动电机的结构与原理
3.1 驱动电机概述
永磁同步电机是以磁场为媒介进行动能和电能相互转换的电磁装置，主要由螺盖，转子轴，转子支撑，转子，定子，轴承，水套内圈和机座组成[5]。电机是电动力系统的重要执行机构，是电能与机械能转换的部件，自身的运行状态等信息可以被采集到电机控制器上，依靠内部的传感器来提供电机的工作信息。旋變传感器提供转子的位置信息[5]、转速及方向，温度传感器提供温度信号。
永磁同步电机的结构与直流电动机结构相似，因此具备直流电动机结构简单，运行可靠，功率密度大，调速性能好等特点，与此同时，永磁同步电机普遍采用矢量控制技术，所以在噪音控制和精度调节上做得更出色[3]。吉利帝豪EV450电机的额定功率42KW，峰值功率120KW，额定转矩105N.M，峰值转矩250N.M。
3.2 驱动电机工作原理
定子线圈在三相交流电的作用下产生旋转磁场。永磁体转子在旋转磁场的作用下，产生和旋转磁场同步的转动扭矩，通过旋转变压器检测到的转子的位置信息、以及通过霍尔电流传感器检测到的线圈的电流，控制驱动电机的扭矩输出[1]。如图4所示。
旋变信号的作用是检测驱动电机转子当前的位置信息、转速和方向，电机控制器通过旋变信号计算当前的驱动电机转速[4]。本车旋变采用的是磁阻式旋转变压器。结构如图5所示，旋变转子和驱动电机转子同轴连接，随着电机转轴的转动，旋变定子内侧有感应线圈，驱动电机旋转时，带动旋变转子转动[4]，在励磁线圈的作用下，正弦和余弦线圈输出旋变信号。
4 电机控制器故障诊断与维修
4.1 电机控制器无法通讯故障与检修
4.1.1 故障现象
一辆 2017年款吉利帝豪EV450出现READY灯不亮，车辆上不了高压电，动力系统故障警告灯点亮，主减速器系统故障指示灯点亮，电子稳定系统故障指示灯点亮，如图6所示。
4.1.2 故障诊断
首先连接诊断仪，进行全车扫描。扫描过后发现，只有电机控制器一个控制模块无法通讯。其他模块都能正常通讯。 整车控制器报故障码：U011087，与电机控制器通讯丢失。可能的故障原因有：电机控制器主供电线路故障、电机控制器搭铁线路以及搭铁点故障、电机控制器CAN线断路故障以及电机控制器本体故障。根据原车电路，见图7，逐一检测。
4.1.3 故障检测
（1）操作启动开关使电源模式至ON状态。测量EF32保险丝两端电压，测量结果为12V，正常值为11-14V。保险丝上游供电正常。
（2）操作启动开关使电源模式至OFF状态。断开蓄电池负极，断开电机控制器连接线束BV11，测量BV11/26-EF32下游端之间电阻，测量结果为0Ω，正常值<1欧姆。说明电机控制器的主供电正常。
（3）测量BV11/11-车身搭铁点的阻值，测量结果为0Ω，正常值<1Ω。说明电机控制器的车身搭铁正常。
（4）电机控制器在PCAN通讯网络上，内部接有120欧姆终端电阻，断开BV11连接器，测量BV11/20-BV11/21的电阻，测量值为120Ω，正常值为120Ω。说明电机控制器的CAN线没有出现断路故障。
（5）更换电机控制器，车辆正常启动。该故障是电机控制器总成损坏导致的车辆无法上电。
4.2 电机控制器旋变信号线路故障与检修
4.2.1 故障现象
2017款吉利帝豪EV450出现READY灯不亮，车辆上不了高压电，动力系统故障警告灯点亮，车辆无法挂挡。见图8。
4.2.2 故障诊断
连接故障诊断仪，进行全车扫描，故障码如表2：
根据故障码，初步判定电机旋变信号故障。查看原车电路，见图9。
4.2.3 故障检测
（1）操作启动开关使电源模式至OFF状态。断开蓄电池负极。测量电机旋变的正弦、余弦、励磁电阻值。正常只为 余弦：14.5±1.5Ω.正弦：13.5±1.5Ω.励磁：9.5±1.5Ω。
（2检测驱动电机余弦旋变信号线路。断开电机控制器连接线束BV11，断开驱动电机线束连接器BV13。依次测量6跟信号线，正常阻值都应小于1欧姆。
（3）实际测量BV11/23余弦+到BV13/8余弦-，之间阻值无穷大，得出结论电机控制器到驱动电机之间余弦线路断路故障。进行线路的维修。
（4）车辆恢复，打开点火开关，车辆正常上电，可挂挡行驶，故障排除。连接诊断仪，再次读取故障码，清除历史故障码。
4.3 吉利EV450电机控制器主要故障汇总
围绕帝豪EV450电驱动系统，本文汇总了部分车辆的故障现象及故障码和可能出现的故障范围。见表3：
参考文献：
[1]周晓飞. 电动汽车动力部分结构的原理及维修注意事项一[J]. 汽车维修与保养， 2017.
[2]陈益广. 内置混合式转子结构可控磁通永磁同步电机的研究[D]. 沈阳工业大学，2008.
[3]何鸿飞. 基于两段式扩展卡尔曼滤波算法的永磁同步电机无位置传感器转子位[D]. 河北科技大学，2018.
[4]周晓飞. 电动汽车动力部分结构的原理及维修注意事项一[J]. 汽车维修与保养，2017.
[5]“简述电动汽车驱动电机” [EB/OL].[2018-12-22].http：//www.gzweix.com/article/sort0253/sort0666/info-319895.html.