模块三 驱动电机系统的检查与维护（教案）《新能源汽车维护》同步精品课堂（劳动版·第3版）

《新能源汽车维护》教案 课 题 模块三 驱动电机系统的检查与维护 课 型 理论课 课 时 2 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 本节课的内容是关于《新能源汽车维护》中的模块三。要求学生理解新能源汽车的功用、结构等，课标要求是掌握新能源汽车的作用。选用的教材是由中国劳动社会保障出版社出版的《新能源汽车维护》（第三版），学习内容是新能源汽车的内容和各项方法。 学情分析 知识储备：对新能源汽车有着初步的了解。 能力水平：熟悉新能源汽车的各项方法。 学习特点：学习、接受新知识能力较弱，尤其是理论性强的知识，不能充分利用课余时间学习。 学习目标 知识目标：理解驱动电机的检查与维护。 能力目标：能够掌握高压电控总成的检查与维护。 素质目标：1.认识到驱动电机的重要性。 2.积极参与课堂，能够表达自己的观点和想法。 学习重难点 教学重点：1. 驱动电机的检查与维护。 2. 驱动电机冷却系统的检查与维护。 教学方法 讲授法、讨论法、演示法、实物教学法 课前准备 教师准备：教学课件 学生准备：课前预习 教学媒体 多媒体教室、多媒体课件 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 1. 情境导入 让学生阅读教材导入情景，引导学生思考： 新能源汽车基本知识。 2. 展示学习目标 认识到新能源汽车的重要性。 掌握新能源汽车的基本知识的具体内容。 1.阅读导入情景，思考教师提问，结合生活中的实际，认真回答。 2.查看并记住本节任务的学习目标。 1.通过情景问话，引出本课主题。同时激发学习兴趣。 2.通过课件展示本节任务，让学生明确课堂任务。 活动二： 调动思维 探究新知 一.导入新课:组织教学、吸引学生注意力，使学生进入上课状态。 二.1.新课讲解:借助PPT讲授驱动电机基本知识内容，利用课件进行讲授，对比课件中的构造简图 ，对新能源汽车基本知识有一个初步的了解。 任务1驱动电机及高压电控总成的检查与维护 一、驱动电机系统的组成 1. 电机控制器 （1）电机控制器的作用 电机控制器的作用是接收整车控制器的指令，将动力蓄电池的高压直流电逆变成电压、频率、相序可调的三相交流电，实现对驱动电机的转速、转矩和旋转方向的控制。图3-1-1 所示为电机控制器的控制原理框图。电机控制器与驱动电机须配套使用，三相交流电机、永磁同步电机需通过电机控制器进行调频、调压矢量控制；磁阻电机通过控制顺序脉冲频率来进行调速。当汽车倒车时，通过电机控制器改变三相交流电压的相序，使驱动电机反转来驱动车轮反向行驶。 （2）电机控制器的安装位置 1）如图3-1-2 所示，比亚迪e5 电动汽车采用的是双向交流逆变式电机控制器（VTOG），其集成安装在高压电控总成内。 2）图3-1-3 所示为比亚迪e5 电动汽车高压电控总成外部接口。 2. 驱动电机 （1）驱动电机的作用 图3-1-4 所示为电动汽车驱动电机，是一种将电能转化为机械能，并可以使机械能转化为动能，用来驱动其他装置的电气设备，是纯电动汽车的唯一动力源，可向外输出转矩，驱动汽车前进或后退；同时也可作为发电机发电，例如，汽车在高坡下滑、高速滑行以及制动过程中把势能或动能通过驱动电机转化为电能。图3-1-5 所示为电驱动系统能量转化关系示意图。 （2）驱动电机的类型和技术参数 1）电动汽车常用的驱动电机类型主要有直流电机、三相交流异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机与轮毂电机等。在新能源汽车上交流永磁同步电机应用最为广泛。 2）比亚迪e5 电动汽车的驱动电机为交流永磁同步电机。驱动电机及减速器总成的技术参数见表3-1-1。 3）驱动电机的安装位置 图3-1-6 所示为驱动电机的安装位置，驱动电机安装在前机舱动力总成支架下面，与减速器相连接。 （4）驱动电机的组成（以交流永磁同步电机为例） 1）永磁同步电机是电驱动系统的重要执行机构，是将电能转化为机械能的部件。 2）旋转变压器是一种电磁式传感器，又称同步分解器。作为速度及位置检测装置，旋转变压器可以将信息反馈给电机控制器，用来准确控制驱动电机的转速及位置。 3）温度传感器用来检测驱动电机的温度，电机控制器根据该温度信号对驱动电机实施控制，以免驱动电机过热。 （5）驱动电机的特点 1）体积小、功率密度大。由于新能源汽车的整车空间有限，因此，要求驱动电机的 结构紧凑、尺寸小，这就意味着驱动电机和电机控制器的尺寸会受到很大的限制，必须缩小驱动电机的体积，提高驱动电机的功率密度和转矩密度。因此，一般选用高功率密度的永磁同步电机作为驱动电机。 2）效率高、高效工况区广、质量小。由于当前充电桩尚未广泛普及，续驶里程短一 直是新能源汽车的短板，增加新能源汽车续驶里程的方法有以下几种： ①提升驱动电机的效率。 ②驱动电机的高效工况区要足够广，以保证汽车在大部分工况下都处于高效状态。 ③减小驱动电机质量，间接降低整车功耗，提升续驶里程。 3）安全性与舒适性强。新能源汽车还需关注驱动电机自身的安全性和舒适性。安全 性是指驱动电机的可靠性，在恶劣环境下驱动电机应能正常工作。舒适性是指驱动电机在运行时不会使驾驶人产生体验上的不适感，应关注驱动电机运行时的振动和噪声情况。 3. 机械传动装置 机械传动装置的主要功能是将驱动电机的转速降低、扭矩增大，以实现整车对驱动电机的扭矩和转速需求。由于驱动电机本身具有较好的调速特性，纯电动汽车的变速机构可被大大简化，较多的是仅采用一种固定速比的减速装置，取消了变速器、离合器等部件。当采用轮毂式驱动电机分散驱动方式时，还可以取消驱动桥、机械差速器、半轴等传动部件。图3-1-7 所示为电动汽车二级主减速器。 4. 驱动电机冷却系统 驱动电机作为电动汽车的驱动装置，其转子高速旋转时会产生高温，热量会通过驱动电机内部传递，如果不加以降温，驱动电机会无法正常工作，所以驱动电机内部设置有冷却液道，通过冷却液的循环与外界进行热交换，这样能将驱动电机的工作温度保持在一定范围内，以防止驱动电机过热。 电机控制器用于控制驱动电机的高压三相供电，在此过程中会产生热量，也需要通过冷却液循环散热。 二、电动汽车驱动电机系统的布置形式 1. 单电机驱动系统 （1）机械驱动式 在保持内燃机汽车传动系统基本结构不变的基础上，用驱动电机替代传统汽车的内燃机，其驱动系统的整体结构与传统内燃机汽车的区别很小，主要由驱动电机、离合器、变速箱、传动轴和驱动桥等部件组成。 其结构特点是：结构复杂，效率低，不能有效发挥驱动电机的特点，不利于减小车身质量。这种驱动形式在纯电动汽车上很少应用，但由于混合动力汽车本身带有发动机，仍然需要通过变速器对发动机的输出转矩进行调整，所以混合动力汽车多采用机械驱动式。图3-1-8 所示为机械驱动式单电机驱动系统。 （2）电机- 驱动桥组合式 电机- 驱动桥组合式在纯电动汽车中有着较为广泛的应用，其总体构成是在驱动电机端盖的输出轴处加装主减速器和差速器等，驱动电机、固定速比减速器、差速器组合成一个驱动整体，通过固定速比的减速作用来放大驱动电机的输出转矩。由于取消了离合器和变速器，机械传动机构紧凑，传动效率得到提高，同时还使整车机械系统的质量减小、体积缩小，有利于整车布置，便于安装，能够有效扩大汽车动力蓄电池的布置空间和汽车的乘坐空间。但这种布置形式对驱动电机的调速要求比较高，与机械驱动式相比，此布置形式要求驱动电机在较窄速度范围内能够提供较大转矩。根据传统汽车的驱动形式不同来分，电机- 驱动桥组合式有驱动电机前置前驱（FF）或驱动电机后置后驱（RR）两种形式。图3-1-9 所示为电机- 驱动桥组合式单电机驱动系统。 2. 多电机驱动系统 （1）电机- 驱动桥整体式 电机- 驱动桥整体式驱动系统一般由两个轮边电机分别与两个相同固定速比的减速器集成在一起，减速器输出直接与两个驱动轮连接，取消了机械差速器，两个轮边电机独立控制转速；在左右两台轮边电机中间安装了电子差速器，能使电动汽车得到更好的灵活性，可以方便地引入牵引力控制系统，通过控制车轮的驱动转矩或驱动轮主动制动等措施，提高汽车的通过性和在复杂路况上的动力性。这种驱动形式的主要特点是：整体布局简单、结构紧凑、传动效率高、质量和体积小，具有良好的通用性和互换性，容易实现多种功能，如驱动防滑、制动力分配、防侧滑等。电机- 驱动桥整体式驱动系统在汽车上的布局也有驱动电机前置前驱（FF）和驱动电机后置后驱（RR）两种形式。图3-1-10 所示为电机- 驱动桥整体式多电机驱动系统。 （2）轮毂电机分散式 轮毂电机分散式就是把驱动电机安装在电动汽车的车轮轮毂中，驱动电机输出转矩直接带动驱动轮旋转，从而实现汽车的驱动。与传统汽车相比，轮毂电机分散式电动汽车把传统汽车的机械动力传动系统所占空间完全释放出来，使动力蓄电池、行李舱等有了足够的空间。同时，它还可以对每台驱动电机进行独立控制，有利于提高车辆的转向灵活性和主动安全性，可以充分利用路面的附着力，便于引进电子控制技术。采用轮毂电机分散式驱动系统必须要解决的问题是如何保证车辆行驶的方向稳定性，同时，驱动电机及其减速装置必须能够布置在有限的轮毂空间内，要求该类型驱动电机体积较小。图3-1-11 所示为轮毂电机分散式多电机驱动系统。 三、驱动电机系统的检查与维护 1. 驱动电机系统的维护周期 （1）日常维护：每周1～2 次。 （2）定期维护：每半年或每行驶1 万千米维护1 次。 2. 驱动电机的日常检查 （1）检查驱动电机的外观是否整洁。 （2）检查驱动电机插接器是否插接牢固。 （3）检查车辆运行过程中驱动电机是否有异响。 3. 驱动电机的定期检查 （1）检查驱动电机的外观是否整洁。 （2）检查驱动电机插接器是否插接牢固。 （3）检查驱动电机螺栓是否紧固。 （4）检查驱动电机的绝缘性能是否良好。 （5）检查车辆运行过程中驱动电机是否有异响。 （6）检查驱动电机定子绕组的电阻值是否符合技术标准要求。 （7）检查驱动电机旋转变压器的各绕组电阻值是否符合技术标准要求。 （8）检查驱动电机温度传感器的电阻值是否符合技术标准要求。 任务2驱动电机冷却系统的检查与维护 一、电动汽车冷却系统的作用 电动汽车采用动力蓄电池作为动力源。动力蓄电池在对外放电和充电过程中会产生大量热量。目前，大部分电动汽车动力蓄电池采用锂离子电池。锂离子电池温度过高会引发爆炸，造成车辆损坏和人员伤亡；而在低温下锂离子的活性会降低，导致动力蓄电池功率降低。因此，动力蓄电池需要降温和保暖。 驱动电机和电机控制器在运行过程中会产生大量热量，这些热量会对驱动电机系统的正常工作和使用寿命造成不良影响。驱动电机在运行过程中产生的热对驱动电机的物理、电气和力学特征有重要的影响，当温度上升到一定程度时，驱动电机的绝缘材料性能会发生变化，最终使其失去绝缘能力。另外，随着驱动电机温度的升高，驱动电机中的金属部件强度、硬度也会逐渐下降。 由电子元器件构成的电机控制器也会由于温度过高而导致电子元器件性能下降，出现不利影响，如温度过高会导致半导体节点、电路损害，增大电阻，甚至烧坏元器件。为保证驱动电机系统在运行过程中所产生的热能能及时散发出去，需要对驱动电机系统中的驱动电机和电机控制器进行冷却，以确保它们在适宜的温度范围内工作。 冷却系统的作用就是通过冷却液循环为驱动电机、电机控制器、动力蓄电池等高压部件散热。 二、电动汽车冷却系统的工作方式 电动汽车冷却系统的工作方式有风冷和水冷两种，以空气为冷却介质的冷却系统称为风冷系统，如图3-2-1 所示为风冷式动力蓄电池冷却系统；以冷却液为冷却介质的冷却系统称为水冷系统，如图3-2-2 所示为水冷式动力蓄电池冷却系统。 三、电动汽车驱动电机冷却系统的组成 电动汽车驱动电机冷却系统采用水冷方式进行冷却，其冷却系统主要由电动水泵、散热器、散热风扇、膨胀水箱、冷却液管路、冷却液等组成，如图3-2-3a 所示。冷却系统与驱动电机、电机控制器的连接如图3-2-3b 所示。 1. 电动水泵 如图3-2-4 所示，电动水泵主要由驱动电机壳体、炭刷架、炭刷、转子、永久磁铁、水泵底盖、水泵叶轮、水泵外壳组成。电动水泵的功能是对冷却液加压，保证其在冷却系统中循环流动。电动水泵是整个冷却系统中唯一的动力元件，负责为冷却液的循环提供机械能。 2. 散热器 散热器是电动汽车驱动电机冷却系统的一部分，根据散热器的结构形式不同，散热器可分为直流型和横流型两大类。散热器主要由左储水室、右储水室、散热器翼片、散热器芯、进水管接口、出水管接口、放水螺栓以及溢流管接口等部件组成，如图3-2-5所示。 3. 散热风扇 散热风扇组件位于散热器的内侧，主要由风扇扇叶、导风罩和电动机等部件组成，如图3-2-6 所示。散热风扇用来提高通过散热器芯的空气流速，增强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却。散热风扇是由整车控制器控制的，驱动电机和电机控制器的温度会影响散热风扇的转速。 4. 膨胀水箱 如图3-2-7 所示，膨胀水箱的作用是为冷却系统冷却液的排气、膨胀和收缩提供受压容积，补充冷却液和缓冲“热胀冷缩”的变化，同时也作为冷却液加注口。 5. 冷却液管路 冷却液管路的作用是将冷却系统连接起来，形成一个封闭的循环系统。 6. 冷却液 如图3-2-8 所示，冷却液又称防冻冷却液，是由水、防冻添加剂及防止金属产生锈蚀的添加剂组成的液体。冷却液在冷却管路中循环流动，会带走元器件工作时产生的多余热量，以确保它们在适宜的温度范围内工作。冷却液作为冷却介质，除了要具有良好的散热性能外，还应具有防结冰、防腐、防垢、防沸腾等作用。 四、驱动电机冷却系统的工作原理 驱动电机冷却系统使用电动水泵来提高冷却液的压力，强制冷却液在电动水泵、驱动电机、电机控制器、散热器之间循环流动。 如图3-2-9 所示为驱动电机冷却系统的工作原理示意图。 五、冷却液质量的检查 1. 冷却液外观的检查 国家标准《机动车发动机冷却液》（GB 29743—2013）中规定，目视冷却液外观应清澈透明，无沉淀及悬浮物，无刺激性气味。 2. 冷却液冰点的检测 冷却液冰点应低于当地最低气温10 ℃以上，才可保证安全使用。可使用冰点检测仪检测冷却液的冰点，如图3-2-10 所示。 （1）将冰点检测仪调零 1）将冰点检测仪前部对准有光亮的方向，用目镜调节手轮调节目镜的折光度，直到能看到清晰的刻度。 2）打开盖板，在棱镜的表面滴一至两滴蒸馏水，盖上盖板并轻轻压平。 3）调节基准矫正螺钉，使明暗分界线和零刻度线一致。 （2）检测冷却液冰点 1）打开冰点检测仪盖板，将棱镜表面和盖板上的水分用纱布擦拭干净。 2）打开膨胀水箱盖，吸取少许冷却液。 3）滴一至两滴冷却液到棱镜表面，盖上盖板并轻轻压平。 4）从明暗分界线的刻度上读出数值，该数值就是冷却液的冰点。 5）检测完冰点后，将棱镜表面和盖板上的液体擦拭干净，等棱镜表面和盖板变干后，将冰点检测仪收好。 6）盖上膨胀水箱盖。至此冷却液的冰点检测完毕。 三.课堂互动: 组织学生进行小组讨论，分享学习心得和体会，教师进行点评和指导。 四.巩固练习:布置相关练习题和思考题，让学生巩固所学知识，教师进行个别辅导 学习新能源汽车基本知识的总体认知 学生以小组为单位，巩固旧课，展示预习情况 (1) 听课、思考、结合生活实际，认真回答教师提出的问题。 (2) 听课、理解新能源汽车基本知识的总体认知 积极发言 (3) 结合生活实际，思考现代新能源汽车基本知识的总体构造及作用。 请学生先结合教材自行归纳分类 观看PPT、图片及动画，学生自主分析，各小组派代表阐述本组学习成果。 针对特点，提出相应的保育要点 注意要点，提醒学生结合生活经验分析。 通过视频、多媒体学习。以小组为单位进行阐述。 小组讨论，根据所学知识进行总结，阐述。 小组讨论，根据所学知识进行总结，阐述。 小组讨论，根据所学知识进行总结，阐述。 小组讨论，根据所学知识进行总结，阐述。 小组讨论，根据所学知识进行总结，阐述。 小组讨论，根据所学知识进行总结，阐述。 小组讨论，根据所学知识进行总结，阐述。 小组讨论，根据所学知识进行总结，阐述。 1.通过导入情景以及学生思考结果引出驱动电机基本知识的总体内容。为进一步学习本课重点奠定基础。 2.教师讲述驱动电机基本知识总体认知等重点知识。 活动三： 巩固练习 素质提升 1.提问学生驱动电机的组成。 2.提问学生驱动电机冷却系统的作用。 学生课上复习，并完成本节教学重点。 加深对本节内容的理解并加强课堂知识点的记忆。 课堂小结 作业布置 1.课堂小结： 本节课通过讲解、示范、小组讨论和案例分析等多种教学方法和手段，使学生掌握了驱动电机基本知识等内容，培养了学生对于新能源汽车维护这门课程的兴趣，树立了良好的职业道德观念。同时，也让学生认识到新能源汽车的基本内容，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 2.作业： (1)简述驱动电机的组成。 (2)简述驱动电机冷却系统的作用。 板书设计 三、驱动电机系统的布置形式 1.单电机驱动系统 2..多电机驱动系统 3.检查与维护 一、驱动电机系统的组成 1.电机控制器作用 2.安装位置 3.驱动电机作用 4.类型和技术参数 二、驱动电机的组成 1.永磁同步电机 2.旋转变压器 3.温度传感器 教学反思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$