驱动电动机在车辆上的工作过程和原理可根据驾驶员的意愿为几种状态,对在D挡加速行车、减速制动以及在R挡倒车时进行介绍。 1.D挡加速行车。 驾驶员换D挡并踩加速踏板,此时挡位信息和加速信息通过信号线传递给整车控制器(VCU),VCU把驾驶员的操作意图通过CAN线传递给驱动电动机控制器(MCU),再由驱动电动机控制器(MCU)结合旋变传感器信息(转子位置),进而向永磁同步电动机的定子通入三相交流电,三相电流在定子绕组的电阻上产生电压降。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场,一方面切割定子绕组,并在定子绕组中产生感应电动势;另方面以电磁力拖动转子以同步转速正向旋转。 随着加速踏板行程不断加大,电动机控制器控制的6个IGBT导通频率上升,电动机的转矩随着电流的增加而增加,因此,基本上拥有最大的转矩。随着电动机转速的增加,电动机的功率也增加,同时电压也随之增加。 在电动汽车上,一般要求电动机的输出功率保持恒定,即电动机的输出功率不随转速的增加而变化。这就要求在电动机转速增加时,电压保持恒定,如图4-47所示。 与此同时,电动机控制器也会通过电流传感器和电压传感器感知电动机当前功率、消耗电流大小和电压大小,并把这些信息数据通过CAN网络传送给仪表、整车控制器,其具体工作原理如图4-48所示。
2.R挡行车。
当驾驶员挂R挡时,请求信号发给VCU,再通过CAN线发送给MCU。此时MCU结合当前转子位置(旋变传感器)信息,通过改变IGBT模块改变W/V/U的通电顺序,进而控制电动机反转。
3.制动时能量回收。
在驾驶员松开加速踏板时,电动机在惯性的作用下仍在旋转,设车轮转速为υ轮、电动机转速为υ电动机、车轮与电动机固定传动比为K。当车辆减速,υ轮乘以K小于υ电动机时,电动机仍是动力源。随着电动机转速下降,当υ轮乘以K大于υ电动机时,电动机相当于被车辆带动而旋转,此时电动机变为发电机。
BMS可以根据电池充电特性曲线(充电电流、电压变化曲线与电池容量的关系)和采集电池温度等参数计算出相应的允许最大充电电流。MCU根据电池允许的最大充电电流,通过控制IGBT模块使发电机定子线圈旋转磁场角速度与电动机转子角速度保持到发电电流不超过允许最大充电电流,以调整发电机向蓄电池充电的电流,同时这也控制了车辆的减速度a,具体过程如图4-49所示。
当踩下制动踏板时,该过程MCU输出的电流频率会急剧下降,馈能电流在MCU的调节下充入高压电池。当IGBT全部关闭时在当前的反拖速度和模式下为最大馈能状态,此时MCU对发电机没有实施速度和电流的调整,发电机所发的电量全部转移给蓄电池。由于发电机负载较大,因此此时车辆减速也比较快。
4.能量回收的条件。
电池包温度低于5℃时,能量不回收。单体电压在4.05~4.12V时,能量回收6.1kW。
单体电压超过4.12V时,能量不回收。单体电压低于4.05V时,能量满反馈SOC大于95%、车速低于30km/h时,没有能量回收功能,且能量回收及辅助制动力大小与车速和踩下制动踏板行程相关。
5.E挡行驶时。
E挡为经济驾驶模式,在车辆正常行驶时,E挡与D挡的根本区别在于MCU和VCU内部程序、控制策略不同。在加速行驶时,E挡相对于D挡来说提速较为平缓,蓄电池放电电流也较为平缓,目的是尽可能节省电量以延长行驶距离,而D挡提速较为灵敏,响应较快。E挡更注重能量回收。松开加速踏板时,驱动电动机被车轮反拖发电时所需的“机械能”牵制了车辆的滑行,从而起到了一定的降速、制动的效果,所以E挡此时的滑行距离比D挡短。
