電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

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1、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性研究,研 究 生：景詩(shī)毅,背景和意義,1835-1836年的運(yùn)河投資熱 1922-1929年的鐵路 1985-2000年的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)熱 2004-2008年的太陽(yáng)能,而由于能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題，電動(dòng)汽車即將成為新的一代科技明星。,通用汽車百年慶典，雪佛蘭VOLT電動(dòng)車量產(chǎn)版全球首發(fā),在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，人類科技迄今共經(jīng)歷了4次科技熱潮：,背景和意義,電動(dòng)汽車清潔無(wú)污染、能量效率高、低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，使得電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化勢(shì)不可擋。在電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，企業(yè)和客戶都非常關(guān)注電動(dòng)汽車的可靠性。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件之一，其可靠性研究不但能夠獲得電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的

2、可靠性指標(biāo)，為行業(yè)提供經(jīng)濟(jì)適用的可靠性考核方法和可靠性考核標(biāo)準(zhǔn)，能夠大力促進(jìn)我國(guó)電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化，加快我國(guó)電動(dòng)汽車的快速發(fā)展。,背景和意義,20世紀(jì)40年代。1943年電子管研究委員會(huì)成立，專門研究電子管的可靠性問(wèn)題,20世紀(jì)50年代 。1952年美國(guó)國(guó)防部成立了電子設(shè)備可靠性咨詢組(AGREE)。于1957年發(fā)表了軍用電子設(shè)備可靠性的研究報(bào)告，標(biāo)志著可靠性已成為一門獨(dú)立的學(xué)科，是可靠性工程發(fā)展的重要里程碑。,20世紀(jì)60年代。20世紀(jì)60年代是可靠性工程全面發(fā)展的階段，也是美國(guó)武器系統(tǒng)研制全面貫徹可靠性大綱的年代。,70年代以后。1977年國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì)(IEC)設(shè)立了可靠性與可維修性技

3、術(shù)委員會(huì),可靠性指標(biāo),可靠度： 平均壽命： 失效率：,,,,,,背景和意義,,分析電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的可靠性影響因素， 對(duì)可靠性幾種建模方式進(jìn)行了介紹，分析了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的可靠性模型，采用冗余設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì),分析電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單應(yīng)力加速模型，建立 多應(yīng)力加速模型，利用二元一次插值法來(lái)估算 多應(yīng)力加速模型參數(shù),對(duì)電動(dòng)汽車回饋制動(dòng)的基本原理和研究現(xiàn)狀進(jìn) 行了介紹，并對(duì)回饋制動(dòng)對(duì)整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠 性的影響進(jìn)行了分析,主要研究?jī)?nèi)容,分析電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障模式及其故障機(jī) 理，建立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障樹,開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 高密度、高效率 低成本、寬調(diào)速,,直流電動(dòng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),,感應(yīng)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)

4、系統(tǒng),,永磁無(wú)刷 電機(jī)系統(tǒng),,新一代牽引 電機(jī)系統(tǒng),,,,電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分類,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本低廉、運(yùn)行可靠 低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、低噪聲、不需要位置傳感器、轉(zhuǎn)速極限高 矢量控制調(diào)速技術(shù)比較成熟 驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，成本高,功率密度較高 電機(jī)尺寸小、體積小 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性 城市無(wú)軌電車上廣泛應(yīng)用 重量和體積也較大,電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),,電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障模式及故障機(jī)理分析,電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主電路拓?fù)鋱D,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障模式及故障機(jī)理分析,,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成,定子故障模式和故障機(jī)理,定子絕緣故障: 主要是電壓過(guò)高，絕緣局部擊穿。 定子鐵芯故障

5、: 主要是由于鐵芯松動(dòng) 定子繞組故障：,,,(a) 過(guò)負(fù)載下定子損傷 (b) 機(jī)械疲勞造成定子開裂,轉(zhuǎn)子故障模式和故障機(jī)理,轉(zhuǎn)子繞組:和定子繞組相同 轉(zhuǎn)子磁鋼：主要包括磁鋼脫落和退磁兩個(gè)方面。其中：磁鋼脫落的主要故障機(jī)理是粘接工藝欠佳，粘接劑選擇不當(dāng)，結(jié)構(gòu)不合理。退磁的主要故障機(jī)理是高溫，振動(dòng)，電樞反應(yīng)，選用磁鋼不當(dāng)?shù)?轉(zhuǎn)子本身故障：一方面，轉(zhuǎn)子中的高頻電流引起集膚效應(yīng)使轉(zhuǎn)子電阻上升，使轉(zhuǎn)子銅耗增大，造成磨損嚴(yán)重；另一方面，如果有缺陷，變形，外力沖擊，設(shè)計(jì)和工藝不合理，會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生斷條。,,,(a) 振動(dòng)造成繞組線圈損壞 (b) 轉(zhuǎn)子斷條,電機(jī)故障模式和故障機(jī)理,軸故障模式

6、及機(jī)理,IGBT故障模式和故障機(jī)理,靜電放電及相關(guān)原因引起的失效占很大的比例 其他主要故障有短路，擊穿和燒壞 故障機(jī)理主要是過(guò)熱，過(guò)壓，過(guò)流（長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流運(yùn)行，短路超時(shí)，過(guò)高的di/dt）。,母線支撐電容故障模式及機(jī)理,,電容故障表象圖,DSP控制電路故障模式及機(jī)理,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障樹建立,,,,,,,,,,,,電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 薄弱環(huán)節(jié),,,,,定轉(zhuǎn)子繞組,電機(jī)軸承,IGBT,控制電路,母線電容,絕緣壽命與絕緣溫度的關(guān)系,,,定轉(zhuǎn)子繞組壽命,失效率:,a) 不同絕緣等級(jí)基本失效率曲線,b) 不同環(huán)境溫度下的基本失效率曲線,基本失效率:,滾動(dòng)軸承的壽命:,IGBT的功率循環(huán)次數(shù)：,直流母線電容：一般

7、采用大容量的電解電容，主要影響 因素有母線電壓，環(huán)境溫度以及紋波電流。,控制電路可靠性影響因素：溫度和電應(yīng)力（電壓，電流）,可靠性模型,,串聯(lián)模型,并聯(lián)模型,混聯(lián)模型,并-串聯(lián)模型,串-并聯(lián)模型,電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性模型,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性框圖：,,驅(qū)動(dòng)控制電路可靠性框圖,電機(jī)可靠性框圖,電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完全冗余設(shè)計(jì),系統(tǒng)失效率為：,可靠度為：,,驅(qū)動(dòng)控制部分并聯(lián),,系統(tǒng)失效率為：,可靠度為：,,,電機(jī)部分并聯(lián),系統(tǒng)失效率為：,可靠度為：,薄弱環(huán)節(jié)冗余設(shè)計(jì),系統(tǒng)失效率為：,可靠度為：,,電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),,提高可靠性的辦法,加速壽命試驗(yàn),,(a)恒定應(yīng)力試

8、驗(yàn) (b)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn) (c)序進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn),阿倫尼斯(Arrhenius)模型：,壽命特征：,,阿倫尼斯(Arrhenius)模型：,加速系數(shù)(AF)：,,逆冪率(inverse power model)模型,,壽命特征：,逆冪率(inverse power model)模型,加速系數(shù)(AF)：,,,,簡(jiǎn)單多應(yīng)力復(fù)合模型,,壽命特征：,簡(jiǎn)單多應(yīng)力復(fù)合模型,,加速系數(shù)(AF)：,溫度應(yīng)力下的加速系數(shù)曲線,二元一次函數(shù)插值法,雙應(yīng)力插值網(wǎng)絡(luò),多應(yīng)力加速模型（考慮耦合作用）,壽命特征：,插值法擬合下的壽命曲線,多應(yīng)力加速模型（考慮耦合作用）,加速系數(shù)(AF)：,,插值法擬合下的加速系數(shù)曲線,回饋制動(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性的影響,典型都市工況下驅(qū)動(dòng)能與制動(dòng)能比較,電動(dòng)汽車制動(dòng)方式,回饋制動(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性的影響,電動(dòng)汽車主要省油技術(shù)項(xiàng)目比較,回饋制動(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性的影響,回饋制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,回饋制動(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性的影響,,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理框圖,回饋制動(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性的影響,衷心感謝康老師多年來(lái)給予的指導(dǎo)和幫助！ 感謝項(xiàng)老師、胡老師給予的指導(dǎo)和幫助！ 謝謝在座的各位老師！ 謝謝師兄、同學(xué)和師弟師妹給予的關(guān)心和幫助！,