电动汽车用电机控制器设计规范.docx
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电动汽车用电机控制器设计规范.docx
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XXXX有限公司企业标准
电动汽车用电机控制器设计规范
编制:
校对:
审核:
标准化:
批准:
2019-XXX发布2019-XXX实施
XXXX有限公司发布
XXX
前言
为了保证XXXX有限公司的电机控制器产品设计的合理性和适用性,为电机控制器的开发工作提供设计依据,特编制本标准。
本标准代替XXXX《电机控制器设计规范》,与XXXX相比,除编辑性修改外主要技术变化如下:
——增加了机械环境术语定义(见3.2);
——修改了4.2.1(见4.2.1.2,2016年版的4.3.1);
——增加了信号检测精度(见4.2.2);
——修改了电机控制器温升限制(见4.2.3,2016年版的4.2.9);
——修改了控制器对加速踏板信号的响应范围(见4.2.4,2016年版的4.3.2);
——修改了电机控制器输出最大电流精度(见4.2.7,2016年版的4.3.5);
——增加了倒车时速的限值(见4.2.9);
——修改了电机温度保护策略(见4.2.13,2016年版的4.3.13);
——修改了电机控制器工作电压范围(见4.2.14,2016年版的4.3.1)。
——增加了驻坡辅助模式控制策略(见4.2.15);
——增加了换挡操作逻辑策略(见4.2.15);
——增加了电机控制器缺相保护功能(见4.4.2);
——增加了软件版本要求(见4.5);
——增加了设计开发流程(见5);
——增加了包装及标识要求(见7);
——增加了附录A,电机控制器编码规则(见附录A);
——增加了附录B,电机控制器故障代码解析(见附录B);
——删除了引用文件QC/T238、QC/T413-2002;
本标准由XXXX有限公司技术研究院提出。
本标准由XXXX有限公司技术研究院起草并负责解释。
本标准主要起草人:
本标准所代替标准的历次版本发布情况为:
——XXXX
II
XXXXXX
电动汽车用电机控制器设计规范
1范围
本标准规定了XXXX有限公司开发的电机控制器的术语和定义、技术指标、设计开发和设计验证、包装标识。
本标准适用于XXXX有限公司开发的电机控制器。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。
GB14023-2011车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车外接收机的限值和测量方法
GB14048.1-2012低压开关设备和控制设备第1部分:
总则
GB/T2423.17电工电子产品环境试验第2部分:
试验方法试验Ka:
盐雾
GB/T2900.33电工术语电力电子技术
GB/T4208外壳防护等级(IP代码)
GB/T13422-2013半导体变流器电气试验方法
GB/T17619-1998机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法
GB/T18488.1-2015电动汽车用驱动电机系统第1部分:
技术条件
GB/T18488.2-2015电动汽车用驱动电机系统第2部分:
试验方法
GB/T19596电动汽车术语
GB/T29307-2012电动汽车用驱动电机系统可靠性试验方法
3术语和定义
下列术语与定义适用于本标准。
3.1驱动电机控制器
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。
3.2机械环境
机械环境指控制器在工作或运输过程中受到各种机械力(如振动、冲击、离心力和运动机构的摩擦力等)的作用。
3.3直流母线电压
驱动电机控制器的直流输入电压。
3.4额定电压
直流母线的标称电压。
3.5最高工作电压
直流母线电压的最高值。
3.6主动放电
当驱动电机控制器被切断电源,切入专门的放电回路后,控制器支撑电容快速放电的过程。
3.7被动放电
当驱动电机控制器被切断电源后,不切入专门的放电回路,控制器支撑电容自然放电的过程。
3.8转速响应时间
驱动电机控制器从接收到指令信息开始至第一次达到规定容差范围的期望值所经过的时间。
3.9输入输出特性
表征驱动电机控制器或驱动系统的转速、转矩、功率、电压、电流等参数间的关系。
3.10驱动电机控制器工作电流
驱动电机控制器正常工作时,其与驱动电机各相连接的各动力线上的电流。
3.11驱动电机控制器最大工作相电流
驱动电机控制器能达到并能承受的工作相电流的最大值。
3.12驱动电机控制器短时工作电流
驱动电机控制器能够在规定的短时间内正常工作的电流最大值。
3.13转矩控制精度
转矩实际值与转矩期望值的偏差,或转矩实际值与转矩期望值的偏差占转矩期望值的百分比。
3.14驱动电机系统效率
驱动电机系统输出功率与输入功率的百分比。
3.15直流母线电容
在控制器高压直流输入端,实现储能、滤波的电容器。
4技术指标
4.1一般要求
4.1.1控制器驱动电机的正反转
档位器换挡手柄置于D档时控制车辆前进,档位器换挡手柄置于R档时控制车辆倒车。
4.1.2控制器驱动电机扭矩的大小
在控制器驱动电机运行时,加速踏板深度增大电机输出转矩相应增大,加速踏板深度减小电机输出转矩相应减小。
4.1.3驱动电机控制器的功能
驱动电机控制器应具有满足整车要求的通讯功能,故障诊断、报警、保护的功能。
可选择是否启用能量回馈功能、经济模式、防溜坡功能或慢溜坡功能、辅助刹车等功能。
4.1.4电压等级
驱动电机系统直流母线额定电压取以下等级:
48V、60V、72V、96V、144V、336V,新车型设计研发优选GB/T18488.1-2015中4.2给定的电压平台。
4.1.5外观
4.1.5.1驱动电机控制器表面不应有锈蚀、碰伤、划痕,涂覆层不应有剥落,紧固件连接应牢固,引出线或接线端应完整无损,颜色和标志应正确,零部件标识应清晰无误,且不应脱落。
4.1.5.2驱动电机控制器应具备一定透气能力,防止控制器工作热胀冷缩造成鼓胀,防护等级下降等现象。
4.1.6外形和安装尺寸
驱动电机控制器的外形和安装尺寸应符合供应商与我司双方之间协定的外形和安装尺寸要求,具体以双方确认的图纸和数据为准。
4.1.7质量
应不超过双方协商确定的数值。
4.1.8驱动电机控制器壳体机械强度
驱动电机控制器壳体应能承受不低于10kPa的压强,不发生明显的塑性变形。
4.1.9液冷系统冷却回路密封性能
对于液冷的驱动电机控制器,应能承受不低于200kPa的压力,保压测试30min无渗漏。
4.1.10绝缘电阻
驱动电机控制器动力端子与外壳、信号端子与外壳、动力端子与信号端子之间(动力端子与信号端子共地的除外)的冷态及热态绝缘电阻均应不小于1MΩ指定电压平台。
4.1.11驱动电机控制器工频耐电压
驱动电机控制器动力端子与外壳、动力端子与信号端子之间(动力端子与信号端子共地的除外),应能承受表1所规定的试验电压,漏电流不大于10mA,驱动电机控制器信号端子与外壳之间(动力端子与信号端子共地的除外),应能承受500V的工频耐电压试验。
驱动电机控制器动力端子与外壳、动力端子与信号端子、信号端子与外壳间的工频耐电压试验持续时间为1min,无击穿现象,漏电流限值应小于10mA。
对于驱动电机控制器信号地与外壳短接的控制器,只需进行驱动电机控制器动力端子与外壳间的工频耐电压测试。
驱动电机控制器动力端子与外壳间、动力端子与信号端子间工频耐电压限值详见表1(单位V)。
表1工频耐压值
最高工作电压Udmax
试验电压(均方根值)
Udmax≤60
60<Udmax≤125
125<Udmax≤250
250<Udmax≤500
Udmax>500
500
1000
1500
2000
2Udmax+1000
4.2输入输出特性
4.2.1通讯方式
4.2.1.1CAN通讯协议
通过CAN总线能接收控制指令和发送电机参数,及时把档位信息、电机转速、电机电流、旋转方向、电机温度、控制器温度等信息传给相关ECU。
接收其他ECU传递的信息,如电压、电量等信息。
控制器CAN通讯协议以《XXXX有限公司电动汽车整车CAN通讯协议》为准。
注:
控制器CAN是否隔离供电以双方约定的图纸为准。
4.2.1.2脉冲通讯
1)控制器脉冲通讯供电方式以双方约定的图纸为准。
2)电机转动一圈输出4个脉冲,占空比50%。
4.2.2信号检测精度
1)控制器检测电压误差1%,待电压稳定后发出。
2)电机控制器检测温度(包含本体和电机温度)较当前实际温度误差±5℃。
4.2.3温升限制
在任何工况下,电机控制器mos管表温不得超过120℃,控制器不得先于所驱动的电机高温(130℃)保护降功率。
4.2.4驱动电机控制器加速踏板信号
4.2.4.1控制器加速踏板信号接收输入范围0~5V,控制器输出电压范围以加速踏板要求为准,相关功能要求以双方确认的图纸为准。
4.2.4.2电机控制器驱动电机输出扭矩根据踏板输出模拟电压0.3V~3.5V线性分配,详见下图1。
扭矩系数
1
3.5V
5V
踏板模拟电压
0.3V
0
图1加速踏板深度对应扭矩系数图
4.2.5效率
驱动电机工作在额定转速、额定功率下,控制器的效率应大于98%。
4.2.6驱动电机控制器短时工作电流
冷态工作条件下,驱动电机控制器短时工作电流应符合产品技术文件的规定,其持续时间按双方协定的数值。
在电动工况下,控制器短时工作电流的持续时间不低于1min。
4.2.7驱动电机控制器最大工作电流
驱动电机控制器最大工作电流应不超出双方约定的1%。
4.2.8驱动电机控制器控制母线电流
电机控制器驱动车辆在满足加速要求的前提下,瞬间起步(车辆在半载满电静止的状态下,将加速踏板一脚踩到底)母线电流数值应不大于2倍的电池容量的数值。
4.2.9倒车时速
驱动电机控制器控制车辆最高倒车时速为12km/h,控制器只限速度不限功率。
4.2.10经济模式
驱动电机控制器进入经济模式的方式及经济模式电机转速的标定,以双方约定的图纸为准。
4.2.11驱动电机控制器档位
驱动电机控制器档位电源及引脚定义,以双方确认的图纸为准。
4.2.12驱动电机控制器编码器设定
驱动电机控制器编码器相序、编码器线数具体乙双方确认的图纸为准。
4.2.13电机温度检测
4.2.13.1驱动电机控制器对驱动电机的温度检测,如无特殊说明,温度传感器以所驱动的电机的温度传感器为准,当检测到温度传感器丢失或反常态时,控制器应报一长十一短(控制器故障代码定义,详见附件B)警示,CAN报文以200℃发送。
4.2.13.2电机温度保护策略
降功率系数
1
0
130℃
电机温度
145℃
图2电机高温降额策略曲线
电机控制器根据电机温度执行降功率策略(见图2),130℃~145℃线性降功率(降电机控制器输出相电流)。
当检测电机温度>145℃,控制器停机报警(一长十一短)。
4.2.14工作电压范围
降功率系数
1
0
U3
U2
U1
系统电压
图3降功率策略图
动力平台
表2工作处理电压范围
电压(V)
U1
U2
U3
60V
75
55
51
72V
85
64
61
…
…
…
…
注:
1、电机控制器根据系统电压执行降功率策略,U2~U3线性降功率(降电机控制器输出相电流);
2、系统电压<U3且持续时间≥30s,控制器停机报警(一长九短);
3、U2≤系统电压≤U1,电机控制器能满功率工作,>U1电机控制器过压停机报警(一长十短);
4.2.15驻坡辅助模式控制策略
1)D档驻坡条件(D档命令有效时,同时满足以下条件进入D档驻坡)
a、检测车辆后溜时电机转速>50rpm;
b、踏板电流(转矩)<驻坡电流(转矩);
2)R档驻坡条件(R档命令有效时,同时满足以下条件进入R档驻坡)
a、检测车辆前溜时电机转速>50rpm;
b、踏板电流(转矩)<驻坡电流(转矩);
3)解除驻坡条件(满足以下任意一条都将退出驻坡模式)
a、退出D档或R档进入N档;
b、踏板电流(转矩)>驻坡电流(转矩);
注:
进入驻坡时车辆溜坡距离应≤0.5m,要求车辆进入退出驻坡模式前、后和驻坡过程中不得出现抖动、前后窜动、电机异响等异常现象,进入防溜坡模式控制器或仪表应当给予警示(堵转、急刹车不得出现误报现象),控制器或电机高温降功率后车辆不得失控高速下滑。
4.2.16换挡操作机制
1)D档、R档信号同时具备时,控制器无输出,CAN报文同时发送D档、R档。
(需考虑如:
如果D档行进过程中,R档有效了该如何处理是D>R还是停机)
2)D档或R档信号具备时,控制器重新上电(重启点火开关),踩加速踏板,控制器无输出并报高踏板故障,重新挂挡踩加速踏板,控制器正常输出。
3)加速踏板信号有效时,挂挡,控制器应无输出,重新踩加速踏板后,控制器恢复输出。
4)执行D档命令,电机转速须>-200rpm;执行R档命令,电机转速需<200rpm。
5)车辆行驶过程中更换与当前行车方向相反的档位时,控制器应无输出;档位与车辆行驶方向一致时,控制器应恢复输出。
4.2.17馈电特性
在驱动电机因惯性旋转或被拖动旋转时,驱动电机根据双方约定运行于发电状态。
驱动电机通过驱动电机控制器应能向电源馈电,馈电电流的大小和馈电效率应符合双方协定的数值,馈电过程平滑不得影响驾乘体验。
4.3环境适应性
4.3.1低温
4.3.1.1低温贮存
若无特殊规定,驱动电机控制器应能承受-40℃、持续时间2h的低温贮存实验。
低温贮存2h期间,驱动电机控制器为非通电状态。
低温贮存持续2h后,箱内复测绝缘电阻应符合本标准4.1.10的规定。
恢复常态后,驱动电机控制器应能在额定电压、持续转矩、持续功率下正常运行。
4.3.1.2低温工作
若无特殊规定,驱动电机控制器在-40℃的低温下保持2h后应能正常起动。
实验后,箱内复测绝缘电阻应符合本标准4.1.10的规定。
4.3.2高温
4.3.2.1高温贮存
若无特殊规定,驱动电机控制器应能承受85℃、持续2h的高温贮存实验。
高温贮存2h期间,驱动电机控制器为非通电状态。
高温贮存持续2h后,箱内复测绝缘电阻应符合本标准4.1.10的规定。
恢复常态后,驱动电机控制器应能在额定电压、持续转矩、持续功率下正常运行。
4.3.2.2高温工作
驱动电机控制器应能在额定电压、持续转矩、持续功率、55℃的工作环境下,持续工作2h,实验后,箱内复测绝缘电阻应符合本标准4.1.10的规定。
4.3.3湿热
若无特殊规定,驱动电机控制器应能承受(40±2)℃,相对湿度为90%~95%,48h的恒定湿热试验,驱动电机控制器应无明显的外表质量变坏及影响正常工作的锈蚀现象,试验后,箱内复测驱动电机控制器中各动力线与地(外壳)之间的额绝缘电阻,应符合本标准4.1.10的规定。
恢复常态后,驱动电机控制器应能在额定电压、持续转矩、持续功率下运行。
4.3.4振动
根据安装部位,控制器应根据安装位置满足GB/T18488.1中对定频和扫频试验的要求。
4.3.5防水防尘
控制器的防护等级应满足GB/T4208规定的IP66或更高等级的防护要求。
4.3.6盐雾
驱动电机控制器的抗盐雾能力,应能满足GB/T2423.17的规定。
试验周期不低于48h,试验后驱动电机控制器恢复1h~2h后,应能正常工作。
4.3.7电磁兼容性
驱动电机控制器的电磁抗扰性应符合产品技术文件规定。
4.3.8可靠性要求
满足GB/T29307的规定。
4.4安全要求
4.4.1安全接地检查
驱动电机控制器中能触及的可导电部分与外壳接地点处的电阻不应大于0.1Ω。
接地点应有明显的接地标志。
若无特定的接地点,应在有代表性的位置设置接地标志。
4.4.2驱动电机控制器的保护功能
控制器应具有超速保护、反接保护、短路保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护、过热保护、倒车限速功能、自动限流功能(在电压过低或是电机、控制器过热时)、缺相保护等功能。
4.4.3驱动电机控制器支撑电容放电时间
当对驱动电机控制器有被动放电要求时,驱动电机控制器支撑电容放电时间应不大于5min;当对驱动电机控制器有主动放电要求时,驱动电机控制器支撑电容放电时间应不超过3S。
4.5软件版本要求
4.5.1产品软件版本命名规则
软件版本号由四部分组成:
1.第一部分第1位代表程序版本代码,用版本的英文Version的第一个字母V表示;第二位代表供应商,用阿拉伯数字1、2、3…表示;
2.第二部分为主版本号代码,用两位阿拉伯数字表示(初版为00,第一次换版为01,依次为02/03…),当功能模块有较大变化时,如增加模块或者整体框架发生变化或者功能有大的变化等,更改主版本号;
3.第三部分为次版本号代码,也用两位阿拉伯数字(初版为00,第一次换版为01,依次为02/03…);相对于主版本号而言,次版本号升级只是局部变动,带来功能的微小变化或者功能的扩充或者其它微小变化等;
4.第四部分为日期版本号代码,用于记录修改软件版本的日期。
例:
某供应商提供的零件程序初始版本为:
V1.00.00.20160306
2016.5.9日第一次小功能换版:
V1.00.01.20160509
2016.7.8日第二次小功能换版:
V1.00.02.20160708
2017.2.9日第一次大功能换版:
V1.01.00.20170209
2017.4.16日又作了第一次小功能换版:
V1.01.01.20170416
2017.5.10日又作了第二次小功能换版:
V1.01.02.20170510
2017.9.7日第二次大功能换版:
V1.02.00.20170907
2017.10.12日又作了第一次小功能换版:
V1.02.01.20171012
2017.11.7日又作了第二次小功能换版:
V1.02.02.20171107
4.5.2软件版本信息说明:
指定V1.00.00.20171212为各型号控制器软件初始版本号,打印规范可参考《产品标识确认书》要求。
软件版本信息可采用打印/激光打印/贴印/模具一体成型等方式体现在产品标识上;
在零部件寿命期内,软件版本信息应完好,清楚可辨;
打印规范可参考《产品标识确认书》要求。
5设计开发流程
5.1材料及结构设计
5.1.1经济性
控制器的开发设计应在满足性能要求的前提下尽可能考虑经济性。
5.1.2轻量化
控制器的开发设计应在满足整车动力性能要求的前提下尽可能的减小安装尺寸、减轻重量。
5.1.3环保及阻燃性
控制器所有到的壳体、防护盖及内部电路设计,元器件选型要充分考虑环保性。
电机控制器塑料防护盖、机壳阻燃等级≥V-2
5.1.4人性化
控制器的安装尺寸、接引线、接线柱等细节的设计要充分考虑安装便利性,防呆化。
5.1.5通用性
控制器的绝对尺寸(固定尺寸、接线柱、出线、散热片)、出线方式、接线柱排列顺序应尽可能统一。
5.2外观及布置设计
5.2.1控制器外观及尺寸
驱动电机控制器尺寸主要根据车辆提供的安装空间进行设计,并且要考虑到接插件和机械连接部位的尺寸影响,控制器外观设计应可以满足下列方面:
A.控制器壳体应能承受不低于10kPa的压强,不发生明显的塑性变形。
B.控制器外壳不得印有制造商的logo。
C.控制器外壳安装尺寸和标识应与双方确认的图纸相统一。
D.控制器散热格栅应光滑无毛刺,不得出现影响安装的突出结构。
E.控制器抗腐蚀能力应满足本标准中4.3.8的要求。
F.M6螺栓紧固扭矩值应≥8N·m,M8螺栓紧固扭矩值应≥18N·m。
G.控制器密封胶圈应充分考虑柔软度、过盈余量、耐老化性。
5.2.2控制器布置环境
A.驱动电机控制器应布置在通风良好的位置。
B.驱动电机控制器与被驱动电机布置距离应<1m。
C.驱动电机控制器的布置位置应尽量远离地面,以免碰撞引起壳体破损或短路。
D.驱动电机控制器布置位置应充分考虑安装及维修维护的便利性,以免影响装配效率。
5.2.3控制器接引线
A.为保证控制器接线便利及安全,控制器各动力接线柱间距不得<1cm。
B.控制器U-V-W动力接线柱应有永久的标识区分,控制器连接电池组的总正极、总负极应分别用B+、B-做永久标识区分。
C.控制器各动力接线柱安装螺栓规格应与被接线束相匹配,螺栓旋紧深度大于3mm。
D.控制器各功能接插件应有防呆设置,避免因错差、混插造成控制器或者功能线路烧毁的现象。
E.控制器功能线应按双方约定的线色进行区分。
F.控制器功能线及接插件应连接牢靠。
5.3控制器原理设计
5.3.1控制器通讯网
与BMS电池管理系统通讯
驱动电机推动车辆行驶
加速踏板提供控制信号,控制电机输出转矩的大小
档位器给控制器提供前进或是后退信号
与组合仪表通讯显示车速、行驶里程
与电子手刹通讯
图4控制器通讯网
加速器和档位器为控制器提供控制信号,控制器输出电流驱动电机运转,并将转速或车速信号、转矩等信息以脉冲或是CAN通讯的方式传送给组合仪表、电子手刹等设备。
5.3.2控制器硬件电路框架图
驱动电机控制器一般由IGBT模块/MOSFET、电容器、功率部件总成、控制电路板、温度/电流传感器、散热格栅/水冷散热器、壳体等组成。
图5控制器原理框架图
5.3.3控制器功率器件选择
1)MOSFET
A.IDS耐压
表3MOS管耐压值
系统电压(V)
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- 关 键 词:
- 电动汽车 用电 控制器 设计规范