驱动电机是燃料电池汽车驱动系统的重要组成部分,同时也是燃料电池汽车的三大核心部件之一,其驱动特性在很大程度上决定了汽车行驶的主要性能指标。电机驱动系统主要由电机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源部分组成。电机一般要求具有电动和发电两项功能,功率转换器按所选电机驱动电流要求,将蓄电池转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。针对本次燃料电池汽车的设计要求,选用的永磁同步电机的参数是:额定功率58kW,额定转速680r/min,额定转矩为810N·m,峰值功率为160kW,峰值转速为3500r/min,峰值转矩为2100N·m,冷却方式为水冷。
燃料电池汽车驱动电机系统高压电气的作用是以燃料电池和动力电池输入的高压电为主要动力,驱动车辆前进。图2.19为驱动电机系统电气原理图,其高压电气工作原理为:当驾驶员踩下加速踏板时,车辆控制模块将控制动力电池输出电能,然后通过控制逆变器驱动电机运转,驱动电机输出的转矩经齿轮机构带动车轮转动,实现车辆的前进或后退。驱动电机系统高压电供电回路为:高压电由动力电池系统电池总正接口,输入到集成配电系统高压配电箱内,再经过配电箱的MCU+输出,输入至永磁同步电机的正极。同步电机的负极与配电箱的MCU-接口连接,动力电池系统电箱、高压配电箱和驱动电机形成高压回路。
图2.19 驱动电机系统电气原理图
驱动电机系统低压电气功能为:电机控制器收集电驱系统内各检测传感器的硬线信号,然后通过动力CAN线与整车控制器以及燃料电池控制器等控制器进行CAN通信。驱动电机系统低压电气工作原理为:当点火开关处于ON位,VCU将信号传输到驱动电机系统中MCU ON接口处,此时驱动电机处于就绪状态,等待下一步指令。驱动电机系统中,电机控制器与驱动电机集成在一起,使得驱动电机系统结构紧凑。VCU传递信号到动力CAN总线上,进而控制电机输出指定的转矩和转速,驱动车辆行驶。汽车连接器AMP实现电路不通或者电路被孤立的情况下电路板的连接,保护整车高压互联系统。
驱动电机控制器接口中,VIN+为DC9~36V,即控制器规格中定义最小及最大输入电压,应该选择固定的输入电压:DC9V、DC24V和DC36V,而且电机控制器的供电受整车控制器控制,低压供电电路上接MCU主继电器。与此相对应的是VIN-接口,为24V电源回流地,同时供电受整车控制器控制。电机控制器调试CL与调试CH为MCU诊断口,调试CAN接口布置在后舱方便调试处,另外VCU的诊断口线束与其同分支。