电动汽车驱动系统

故障机理
电磁力波频率与电动机的固有频率一致的时候，电动机会发生共 振；轴承中有粗糙研磨物，研磨造成振动；有惯性力作用于保持 架上，润滑不良；因过载、内圈膨胀或外圈收缩而使间隙不当， 轴承不圆使内外圈变形，有压痕，装配偏心或加载偏心，内外圈 与轴肩、轴承孔的配合松动造成旋转爬行，转速过高
轴承静止时振动，磨粒的存在
功率密度较高 电机尺寸小、体积小 转子结构简单，稳定性好
结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠 低转矩脉动、低噪声、不需要位置传感器、转速极限高 矢量控制调速技术比较成熟 驱动电路复杂，成本高
电动汽车驱动系统的结构
电动汽车驱动系统结构图
驱动系统故障模式及故障机理分析
电动汽车驱动系统主电路拓扑图
驱动系统故障模式及故障机理分析
全面发 展阶段
20世纪60年代。20世纪60年代是可靠性工程全面发展的阶段，也是美国武器系 统研制全面贯彻可靠性大纲的年代。
国际化 发展阶段
70年代以后。1977年国际电子技术委员会(IEC)设立 了可靠性与可维修性技术委员会
可靠性研究 发展四阶段
可靠性指标
可靠度： 平均寿命： 失效率：
Байду номын сангаас
背景和意义
转子本身故障：一方面，转子中的高频电流引起集肤效应 使转子电阻上升，使转子铜耗增大，造成磨损严重；另一 方面，如果有缺陷，变形，外力冲击，设计和工艺不合理 ，会使转子发生断条。
(a) 振动造成绕组线圈损坏
(b) 转子断条
电机故障模式和故障机理
轴故障模式及机理
故障模式 磨损 压痕 电蚀
开裂与断裂 腐蚀
焊接点接触不良
工艺不良，助焊剂差，焊盘太小
电连接器松动脱焊
焊接质量差，安装不当，冲击，振动
驱动系统故障树建立
电机轴承
B
定转子绕组 A
电动汽车驱动系统 薄弱环节
C IGBT
控制电路 E
D 母线电容
定转子绕组寿命
绝缘寿命与绝缘温度的关系
a) 不同绝缘等级基本失效率曲线
故障机理主要是过热，过压，过流（长时间过 流运行，短路超时，过高的di/dt）。
母线支撑电容故障模式及机理
故障模式 防爆阀打开
容量下降 损耗上升
短路 漏电流上升
故障机理
过电压，过电流，施加交流电，频繁充 放电，电压反向 过电压，过电流，频繁充放电，施加交 流电，电压反向，使用温度过高，长时 间使用 过电压，过电流，电压反向，频繁充放 电，施加交流电，使用温度过高，长时 间使用 附着金属微粒，铝箔引线毛刺，氧化膜 劣化
电流连续或间断通过轴承
配合太紧，装配面不匀称，轴承座变形，旋转爬行，过载，运行期 间与轴承座、轴肩碰撞或摩擦，装配过程锤击，润滑不充分，转速 过高或惯性过大静载过大，装配程序不当，锤击组装
轴承内有湿气，水分和配液
IGBT故障模式和故障机理
静电放电及相关原因引起的失效占很大的比例
其他主要故障有短路，击穿和烧坏
变质腐蚀
油，药污损，浸蚀，运行电压过高，冲击电压
断线
冲击和振动，焊接点接触不良而过热，热胀冷缩
(a) 过负载下定子损伤
(b) 机械疲劳造成定子开裂
转子故障模式和故障机理
转子绕组:和定子绕组相同
转子磁钢：主要包括磁钢脱落和退磁两个方面。其中：磁 钢脱落的主要故障机理是粘接工艺欠佳，粘接剂选择不当 ，结构不合理。退磁的主要故障机理是高温，振动，电枢 反应，选用磁钢不当等
氧化膜缺陷，使用温度过高，长时间使 用，电解液量不足
开路
冲击，振动，粘接剂涂层剂的使用，引 线和铝箔接触不好
电容故障表象图
故障模式
故障机理
DSP控制电路故障模式及机理
电阻等无源元件短路、开路 老化，过应力，装配不合理，电路板受到冲击和振动
集成电路坏
老化，过应力
连接线断线，碰壳等
焊接质量差，安装不当，冲击，振动
电动汽车驱动系统
背景和意义
在现代工业发展过程中，人类科 技迄今共经历了4次科技热潮：
1835-1836年的运河投资热
1922-1929年的铁路
1985-2000年的计算机网络热
2004-2008年的太阳能
通用汽车百年庆典，雪佛兰VOLT 电动车量产版全球首发
而由于能源危机和环境污染问题，电动汽 车即将成为新的一代科技明星。
驱动系统的组成
故障模式
故障机理
定子故障模式和故障机理 绝缘电阻下降
受潮，积灰，绝缘材料有缺陷
定绝缘子老绝化缘故障:连主续高要温是，频电繁压启动过，高过载，，绝冷热缘循局环 部击穿。
定绝缘子击铁穿芯故障:材 振主料 动缺）要陷造是，成尖的由峰绝于电缘压损铁，伤芯线，圈积松移灰动动焊（接由点于被电助磁焊力 剂、 腐冲 蚀击、 定子绕组故障：
驱动系统可靠性研究现状
电容
功率器件
电机
轴承
分析电动汽车驱动系统的故障模式及其故障机 理，建立驱动系统故障树
分析电动汽车驱动系统薄弱环节的可靠性影响因素， 对可靠性几种建模方式进行了介绍，分析了驱动系统 的可靠性模型，采用冗余设计来进行了可靠性设计
分析电动汽车驱动系统单应力加速模型，建立 多应力加速模型，利用二元一次插值法来估算 多应力加速模型参数
对电动汽车回馈制动的基本原理和研究现状进 行了介绍，并对回馈制动对整个驱动系统可靠 性的影响进行了分析
主要研究内容
电动汽车驱动系统分类
直流电动 驱动系统
结构简单 优良的电磁转矩控制特性 城市无轨电车上广泛应用 重量和体积也较大
感应电机 驱动系统
永磁无刷 电机系统
新一代牵引 电机系统
开关磁阻电机驱动系统 高密度、高效率 低成本、宽调速
背景和意义
电动汽车清洁无污染、能量效率高、低噪声的优 点，使得电动汽车的产业化势不可挡。在电动汽 车的产业化过程中，企业和客户都非常关注电动 汽车的可靠性。
驱动系统是电动汽车的关键部件之一，其可靠性 研究不但能够获得电动汽车电机驱动系统的可靠 性指标，为行业提供经济适用的可靠性考核方法 和可靠性考核标准，能够大力促进我国电动汽车 的产业化，加快我国电动汽车的快速发展。
背景和意义
兴起和 发展时期
萌芽 阶段
20世纪40年代。1943年电子管研究委员会成立，专门研究电子管的可 靠性问题
20世纪50年代 。1952年美国国防部成立了电子设备可靠性咨询组(AGREE)。于1957 年发表了《军用电子设备可靠性》的研究报告，标志着可靠性已成为一门独立的学科， 是可靠性工程发展的重要里程碑。