聶光輝 劉志強(qiáng)

摘要：本文介紹了比亞迪E6先行者電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成的結(jié)構(gòu)組成如電動(dòng)機(jī)、旋變傳感器、控制裝置和冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以此揭示了比亞迪e6的工作原理，為后續(xù)的故障診斷與排除打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：比亞迪E6電動(dòng)汽車；動(dòng)力總成；三相交流；永磁電機(jī)

中圖分類號(hào)：U464.93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

比亞迪E6先行者電動(dòng)汽車為一款純電動(dòng)四驅(qū)乘用車。動(dòng)力總成位于車輛的前艙的電機(jī)控制器下方，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速器、驅(qū)動(dòng)和冷卻系統(tǒng)等組成，替代傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)及變速器總成。動(dòng)力總成能將電動(dòng)機(jī)控制器逆變出來(lái)的交流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能去驅(qū)動(dòng)變速器，并經(jīng)傳動(dòng)軸傳遞給驅(qū)動(dòng)車輪，使車輛行駛；當(dāng)車輛減速或者制動(dòng)時(shí)，將車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，存儲(chǔ)在動(dòng)力電池里。75kW的電機(jī)充分保證了車輛運(yùn)行于各種工況所需要的動(dòng)力來(lái)源，在環(huán)保方便可以實(shí)現(xiàn)零排放，百公里電耗在20kWh，百公里加速時(shí)間為界5秒，最高設(shè)備車速度可達(dá)到140km/h，綜合工況續(xù)航里程超過(guò)300km，是目前續(xù)航里程最長(zhǎng)的純電動(dòng)乘用車。

比亞迪E6先行者電動(dòng)汽車使用交流無(wú)刷永磁同步電機(jī)，當(dāng)車輛行駛時(shí)，電機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器檢測(cè)到電機(jī)的速度和位置信號(hào)，傳遞給電機(jī)控制器進(jìn)行處理，發(fā)送相關(guān)邏輯信號(hào)控制IGBT的通斷，輸出近似正弦波的交流電控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出較大的轉(zhuǎn)矩來(lái)保證電動(dòng)汽車的頻繁的起動(dòng)，保證電動(dòng)汽車有良好的加速和減速，在低速或者爬坡時(shí)的能輸出高轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也能滿足在高速行駛時(shí)對(duì)電機(jī)的高轉(zhuǎn)速要求。

1 動(dòng)力電動(dòng)機(jī)（MG2）

比亞迪E6電動(dòng)機(jī)通電以后旋轉(zhuǎn)向變速器輸出扭矩，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)后退；同時(shí)在滑行以及制動(dòng)過(guò)程中作為發(fā)電機(jī)發(fā)電，把機(jī)械能通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在動(dòng)力電池中。它主要由機(jī)殼、定子總成、轉(zhuǎn)子總成、旋轉(zhuǎn)變壓器、水溫傳感器和線束等組成。

1.1 轉(zhuǎn)子總成

比亞迪E6電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子總成是在電機(jī)的氣隙中建立足夠的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子的鐵芯是用硅鋼片疊加起來(lái)的，在鐵芯的槽中安裝有8個(gè)內(nèi)嵌式用釹鐵硼稀土材料制成的永磁體磁極，從而產(chǎn)生永久磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子上沒(méi)有線圈，既簡(jiǎn)化了電機(jī)結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)行的可靠性，又沒(méi)有轉(zhuǎn)子銅耗，提高了電機(jī)的效率。

1.2 定子總成

比亞迪E6電動(dòng)機(jī)定子總成產(chǎn)生三相交變的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并能將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軆?chǔ)存在動(dòng)力電池中。定子總成主要有定子鐵心和定子繞組組成，定子鐵心由沖壓后的硅鋼片緊密疊加而成，在鐵心內(nèi)環(huán)的楔形槽中鑲嵌著空間交替均布的呈“Y”連接的三相繞組。

1.3 旋轉(zhuǎn)變壓器

旋轉(zhuǎn)變壓器（簡(jiǎn)稱旋變）是一種位置傳感器，和普通變壓器基本相似，能將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和位置變化的機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)變成近似正余弦波的電壓信號(hào)輸出，又稱為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。

磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器定子上的勵(lì)磁繞組和輸出繞組放在同一套定子槽內(nèi)并固定不動(dòng)。但勵(lì)磁繞組和輸出繞組的形式不一樣。兩相繞組的輸出信號(hào)隨轉(zhuǎn)角作正弦變化、彼此相差90°電角度的電信號(hào)。轉(zhuǎn)子鐵心是由硅鋼片疊壓而成，其齒數(shù)即為極對(duì)數(shù)，轉(zhuǎn)子磁極形狀作特殊設(shè)計(jì)，使得氣隙磁場(chǎng)近似于正弦形。當(dāng)勵(lì)磁繞組以一定頻率的交流電壓勵(lì)磁時(shí)，輸出繞組輸出與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正、余弦函數(shù)關(guān)系的電壓信號(hào)，反饋給電機(jī)控制器，控制器經(jīng)過(guò)電流采樣和數(shù)字變換，與位置信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)PWM占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，觸發(fā)大功率器件IGBT，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流輸入頻率的同步，并避免震蕩和失步的發(fā)生。

2 動(dòng)力總成控制裝置

2.1 電機(jī)控制器（VTOG）

電機(jī)控制器位于車輛的前艙中，是電壓型逆變器，利用IGBT將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，它主要功能是在不同的工況控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停轉(zhuǎn)、前進(jìn)和倒退，維持電動(dòng)車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)控制器中關(guān)鍵部件為IGBT，IGBT是復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?，目的是為了控制供給電機(jī)的電流的大小和工作時(shí)刻，輸出合適的電流參數(shù)。IGBT具有電壓高、電流大、頻率高、導(dǎo)通電阻小等特點(diǎn)。

電機(jī)控制器總成包含上、中、下三層，上層為電動(dòng)機(jī)控制單元，中層為水道冷卻單元，下層為充電控制單元。在控制器上不僅有電動(dòng)機(jī)的控制線、充電線和高、低壓電源線等；還有信號(hào)線束，如CAN、擋位控制、油門位置、制動(dòng)、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器、電動(dòng)機(jī)溫度及預(yù)充滿電等信號(hào)線。通過(guò)CAN與其他控制單元進(jìn)行通訊，接收并發(fā)送相關(guān)的信號(hào)，間接控制車輛上相關(guān)系統(tǒng)正常運(yùn)行；并對(duì)自身內(nèi)部故障進(jìn)行檢測(cè)和處理，以故障代碼的形式存儲(chǔ)及告訴駕駛員車輛出現(xiàn)故障，盡快進(jìn)行維修；同時(shí)控制車輛的充放電。

2.2 高低壓轉(zhuǎn)換器DC-DC

高低壓轉(zhuǎn)換器DC-DC也位于車輛的前艙中，在汽車電氣化系統(tǒng)里面起到了重要的作用，負(fù)責(zé)將330V高壓直流轉(zhuǎn)低壓提供給車載低壓用電設(shè)備，如蓄電池、EPS等使用。

比亞迪E6先行者DC-DC變換器總成主要包含兩個(gè)12V的DC-DC變換器，第一個(gè)12V的DC-DC變換器的輸入為200～400V，輸出為13.8V/100A，最大輸出110A；第二個(gè)12V的DC-DC變換器的輸入為200～400V，輸出為13.8V/70A，最大輸出100A。

2.3 主電控單元ECU

接受各高壓監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)，并加以判斷，控制冷卻系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、車速里程等。

3 動(dòng)力總成冷卻系統(tǒng)

比亞迪E6先行者的冷卻系統(tǒng)采用閉式強(qiáng)制水冷卻循環(huán)系統(tǒng)，由電動(dòng)水泵提供動(dòng)力，如圖2所示。冷卻系統(tǒng)主要由電動(dòng)水泵、散熱器、冷卻液、電子風(fēng)扇和冷卻水管和水道等組成。電動(dòng)水泵由主控制器進(jìn)行控制。電子風(fēng)扇和散熱器的安裝位置與傳統(tǒng)燃油汽車基本相同，電子風(fēng)扇總成采用吸風(fēng)式雙風(fēng)扇，通過(guò)串聯(lián)調(diào)速電阻的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的高低速擋分級(jí)，從而降低風(fēng)扇的噪音，提高整車舒適性。在電動(dòng)機(jī)的機(jī)殼中制有冷卻水道，冷卻液流經(jīng)水道，對(duì)電動(dòng)機(jī)的定子進(jìn)行散熱。

當(dāng)冷卻系統(tǒng)需要冷卻時(shí)，低溫的乙二醇冷卻液在電動(dòng)水泵的驅(qū)動(dòng)下通過(guò)冷卻管路由散熱器流向電機(jī)控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器和電動(dòng)機(jī)的冷卻水道，吸收熱量后，再通過(guò)冷卻管路流經(jīng)散熱器進(jìn)行散熱，之后進(jìn)行下一個(gè)冷卻循環(huán)，如此反復(fù)，使冷卻系統(tǒng)的溫度保持在95℃～105℃。

4 動(dòng)力總成工作過(guò)程

在駕駛比亞迪E6先行者時(shí)，接通電源，在汽車前進(jìn)時(shí)，主電控單元ECU接收擋位控制器、加速踏板和角度傳感器等各傳感器的信號(hào)，主電控單元ECU進(jìn)行分析計(jì)算，將控制信號(hào)傳遞給電機(jī)控制器，以控制流向前驅(qū)電機(jī)的電流的大小和時(shí)刻，此時(shí)動(dòng)力電池組的電流通過(guò)應(yīng)急開(kāi)關(guān)、配電箱和繼電器，其中一路經(jīng)過(guò)電機(jī)控制器向前驅(qū)動(dòng)電機(jī)供給需要的電流，從而使驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)變速器、差速器和傳動(dòng)軸，帶動(dòng)左右前輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使汽車行進(jìn)；另一路經(jīng)過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換器，將電池組330V高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓42V，提供給電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS使用。同時(shí)電池組受BMS控制，將電池組的瞬時(shí)電壓、電流、溫度、存電情況等信息傳遞給BMS，以防止電池組過(guò)放電或溫度過(guò)高損壞電池組。如果發(fā)生漏電情況，漏電保護(hù)器起作用。一旦發(fā)生緊急短路等情況，保護(hù)裝置熔絲即熔斷保護(hù)。

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