电动汽车驱动电机控制器的基本结构 IGBT集成功率模块原理简图

一、电动汽车驱动电机控制器概述

电机控制器，控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置，由控制信号接口电路、驱动电机控制电路和驱动电路组成。   在电动车辆中，电机控制器的功能是根据档位、油门、刹车等指令，将动力蓄电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力蓄电池中。   它是电动车辆的关键零部件之一。   电机控制器的基本功能可分为两个部分：

二、电动汽车驱动电机控制器的基本结构

电动汽车驱动电机控制器基本结构可分为：壳体、高低压连接器、电子控制元件、电气控制元件、电气功率元件。

电气功率元件主要为IGBT集成功率模块，是电气控制器关键零部件。   下图为IGBT集成功率模块：

通过电子控制元件与电气控制元件对IGBT集成功率模块的控制，输出可控的三相正弦交流电流，从而控制电机的转速、转矩。   如图为IGBT集成功率模块原理简图：

IGBT集成功率模块原理简图

1. 壳体与连接器 电机控制器的壳体的主要用于固定各电子控制元件、电气控制元件、电气功率元件及连接器，并提供密闭的防尘防水（IP67）空间保护各电子控制元件、电气控制元件、电气功率元件。   由于车用电机控制器IGBT集成功率模块输出功率高，温升快。   壳体提供相应冷却水路从整车冷却系统引入冷却液以冷却IGBT集成功率模块。   如图所示为电机控制器壳体：

连接器安装于壳体外部，可分为高压连接器与低压连接器。   高压连接器主要用于与外部电能的传输的对接。   低压连接器主要用于12V电源的供应、与其他控制器通讯。   如下图所示为高低压连接器：

2. 电子控制元件 电子控制元件相当于电机控制器的大脑，根据接收的外部通讯信号及内部电气件的运行情况，通过电气控制元件直接或间接地控制电气集成功率模块，使得控制器可靠稳定的工作，合理控制电机进行运作。   电子控制元件有逻辑电路板、控制电路板、驱动电路板。   如下图所示为电子控制元件：

 

3. 电气控制元件 电气控制元件主要有高压接触器、功率电阻、电容、电流传感器等。   高压继电器可由逻辑板中12V低压控制电气回路通断，从而控制电气功率器件电源供应。   如图2所示为高压继电器：

 

电容的主要作用电路滤波。   由于IGBT功率集成模块工作过程中会造成直流电路电流振荡，为减少振荡电流对直流电路的影响，通过此电容的并接对振荡电流进行滤波处理。   如图所示为常见电容：

功率电阻主要由于电容的存在，防止电容无负载充电瞬间短路效应。   通过继电器与功率电阻组成预充回路，可先将预充回路导通，对电容进行充电。   待充电完成后，导通主回路后断开预充回路，持续为功率器件提供电能。   如图所示：

电流传感器主要对三相输出的电流进行采样检测，反馈至控制电路板。   如图所示为霍尔电流传感器：

4. 电气功率性元件 电机控制器的功率元件主要是IGBT集成功率模块。   IGBT集成功率模块是将直流电转化为交流电的执行装置，也是电气控制器中的关键零部件，通过控制IGBT集成功率模块中的6个子模块的通断，可将直流电转换为交流电。 三、驱动电机控制器的功能

1. CAN通讯 电机系统具备高速CAN网络通讯功能。   能根据整车CAN协议内容正确的进行CAN报文发送、接收及解析，有效的实现单品及整车功能策略。   如图所示整车CAN通讯示意图：

2. 能量转换 第一种 直流电转换为三相交流电：将电能转化为机械能，用于驱动车辆行驶运行，如图所示为直流电转交流电示意图：

第二种 三相交流转直流：将机械能转化为电能，实现制动能量回收，提高车辆续航里程。如图所示为交流电转直流电示意图：

3. 扭矩执行 正扭矩执行：驾驶员踩油门时，整车控制器发送正扭矩值给电机控制器，电机系统驱动车辆运行；如图所示为正扭矩执行图：

负扭矩执行：驾驶员踩刹车时，整车控制器发送负扭矩值给电机控制器，电机系统将能量反馈到动力蓄电池，实现能量回收。如图所示为负扭矩执行图：

4. 放电功能 电机控制器内含有大容量电容，考虑电容自行放电时间长存在高压安全风险，故电机系统需具备放电功能。 5. 安全保护功能 电机系统具备故障检测、故障提醒、故障处理等安全保护功能。   如图所示为控制器功能示意图：

编辑：黄飞