驱动电机控制器基础知识

驱动电机控制器是控制电机驱动整车行驶的控制单元，属于电动汽车核心零部件。驱动电机控制器具有 CAN 通信功能、过电流保护、过载保护、欠电压保护、过电压保护、缺相保护、能量回馈、限功率、高压互锁、故障上报等功能。驱动电机控制器技术比较成熟，它具有集成度高、功率密度高、寿命长、输出稳定等特点。

驱动电机控制器是控制动力电池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。

驱动电机控制器是通过集成电路的主动工作来控制驱动电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作的模块。它使得电机应用范围更加广泛、输出效率更好以及噪声更小。

驱动电机控制器一般安装在前机舱内驱动电机的上部。采用 CAN 通信控制，控制着动力电池与驱动电机之间的能量传输，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。

驱动电机控制系统主要功能包括车辆的怠速控制、车辆前进（控制电动机正转）、车辆倒退（控制电动机反转）、DC/AC 等。典型的电机控制系统框图如下：

驱动电机控制器结构与原理

驱动电机控制系统组成及功用

驱动电机控制系统由动力总成（驱动电机）、高压配电设备、电机控制器、高低压线束和相关传感器等组成，如下图所示。

整车控制器根据驾驶人意图发出各种指令，驱动电机控制器响应并反馈，实时调整驱动电机输出，以实现整车的怠速、前进、倒车、停车，能量回收以及驻坡等功能。

驱动电机控制器主要功能如下：

-怠速控制（爬行）。

-控制电机正转（前进）。

-控制电机反转（倒车）。

-能量回收（交流转换直流）。

-驻坡（防溜车）。

驱动电机控制器另一个重要功能是通信和保护，实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统，实现故障反馈。

驱动电机控制器结构组成

驱动电机控制器如下图所示，是驱动电机的控制中心又称智能功率模块，以IGBT（绝缘栅双极型晶体管）模块为核心，辅以驱动集成电路、主控集成电路，对所有的输入信号进行处理，并将驱动电机控制器运行状态的信息通过网络发送给整车控制器。

驱动电机控制器内含故障诊断电路。当诊断出异常时，它将会激活一个错误代码（故障码），发送给整车控制器，同时也会存储该故障码和数据。

驱动电机内部使用以下传感器来监测驱动电机的工作信息：

电流传感器，用以检测电机工作的实际电流（包括母线电流、三相交流电流）；

电压传感器，用以检测供给驱动电机控制器工作的实际电压（包括动力电池电压、12V蓄电池电压）；

温度传感器，用以检测驱动电机控制系统的工作温度（包括IGBT模块温度、驱动电机控制器板载温度）。

控制主板

控制主板与整车控制器通信监测直流母线电流，控制 IGBT 模块工作状态，监控高压线束的绝缘和工作连接情况并反馈。IGBT 模块的温度信号、旋变传感器信号经过处理反馈给电机控制单元。

超级电容和放电电路

超级电容是一种以电场形式储存能量的无源器件。需要电机起动时，电容能够把储存的能量释出至电路。接通高压电路时给电容充电，在电机起动时保持电压的稳定，断开高压电路时，通过电阻给电容放电，放电电阻通常和电容器并联，电源波动时，电容器会随之充放电。当控制器带动的电机或放电电路故障，有可能会导致高压断电。等效电路如下图所示。

IGBT 模块

IGBT 模块简称绝缘栅双极型晶体管，是由双极型晶体管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR 的低导通压降两方面的优点。

GTR 饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET 驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，是电机控制器电压变换与传输的核心器件。

DC/DC 变换器

一般的驱动电机控制器内部集成 DC/DC 变换器。其功能是将动力电池的高压电变换为低压电，提供整车低压系统供电。

冷却器

电机控制器主要发热部件是功率半导体元件 IGBT 和 FRD，需要对其进行高效率的冷却。冷却方式分为风冷和水冷两种方式。大功率逆变器一般采用的是水冷方式。功率半导体元器件的冷却是借助动力模块内部绝缘印制电路板和散热板，通过冷却器冷却。因此，降低热阻与提高冷却器能力至关重要。

驱动电机控制器原理及工作模式

驱动电机控制器包括功率电路、驱动与保护、控制电路三大部分，其中功率电路用于进行能量的变换；驱动与保护电路用于实现对功率模块的驱动控制与故障保护；控制电路用于实现电机的转矩和转速控制与整车通信等功能。

驱动电机的输出动作主要是靠控制器给定命令执行，即控制器输出命令。控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频率可调的三相交流电（直流电机采用直流电），供给配套的驱动电机使用。

驱动电机控制器其将动力电池提供的直流电转换为交流电，然后输出给电机；通过电机的正转来实现整车加速、减速；通过电机的反转来实现倒车。其通过有效的控制策略控制动力总成以最佳方式协调工作，如下图所示。

驱动电机控制器具有以下工作模式：

转矩控制模式。驱动电机控制器控制电机轴向四象限的转矩。由于没有转矩传感器，转矩指令（由整车控制器发送）被转换成为电流指令，并进行闭环控制。转矩控制模式只有在获得正确的初始偏移角度时才能进行。

静态模式。在驱动电机控制器处于被动状态（待机状态）或故障状态时被激活。

主动放电模式。主动放电用于高压直流端电容的快速放电。主动放电指令来自整车控制器的指令或由驱动电机控制器内部故障触发。

DC/DC 直流变换模式。驱动电机控制器中的 DC/DC 变换器将高压直流端的高压变换成指定的直流低压（12V 低压系统），低压设定值来自整车控制器指令。

系统诊断功能。当故障发生时，软件根据故障级别使驱动电机控制器进入安全状态或限制状态。