纯电动汽车电机控制器硬件整合开发

【摘要】：中国作为现今世界上最大的汽车消费国，自从2000年10月国家“十五”规划提出了“鼓励轿车进入家庭”，中国的汽车行业在十几年的发展中取得了让世界瞩目的进步。然而，环境的恶化与资源的短缺已经越来越引起人们的关注，全球汽车产业的风向标也开始集体转向了“环保、节能、高效”。我国汽车行业发展较晚，虽然改革开放以来发展迅猛，但是与世界领先水平仍存在一定差距。因此，发展纯电动新能源汽车成为了当前我国汽车产业提升国际市场地位，以及国际市场竞争力的重要途径之一。最近几年，我国政府陆续颁布实施了一系列的扶植政策，极大的鼓励了国内电动车技术的研发，推动了我国电动车产业化的进程。在当前如此优良的政策环境与市场预期下，我国的新能源电动车产业必将迎来一轮巨大的发展机遇。 本论文主要内容是纯电动汽车电机控制器的硬件整合开发与设计实现。首先，本文力争全面系统的介绍了电机控制器的核心元件IGBT逆变器，对其主要数据参数进行了讲解，从理论与实际应用两方面分析了逆变器的选型因素，介绍了IGBT的驱动技术包括关键阻容的选择、保护与监视技术等，同时对IGBT模块的散热与冷却给出了理论计算过程并提出了应用建议。其次，本文介绍了控制器内主要元器件的器件选择以及参数规格，同时对主控电路、驱动电路进行了模块化的设计与分析，随后对PCB电路板的绘制以及控制器壳体结构设计中需要注意的事项进行了说明并给出了设计实例。最后，本文从实验室测试、电机台架测试以及整车测试三个方面对当前所做工作进行了介绍与总结，并针对目前所发现的不足之处提出了今后工作的改进建议。 【关键词】：纯电动汽车 电机控制器 IGBT模块 逆变器驱动技术 硬件设计
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-14
• 1.1 纯电动汽车的发展现状与课题研究的意义11-12
• 1.2 纯电动汽车电机控制器概述以及发展现状与趋势12-13
• 1.2.1 纯电动汽车电机控制器的概述12
• 1.2.2 纯电动汽车电机控制器的发展现状与趋势12-13
• 1.3 本论文的主要结构13-14
• 第2章 电机控制器的核心逆变器技术分析14-31
• 2.1 IGBT 模块的参数介绍与选型分析14-20
• 2.1.1 IGBT 模块的主要参数介绍14-16
• 2.1.1.1 IGBT 的极限值14
• 2.1.1.2 IGBT 的额定值14-16
• 2.1.2 IGBT 的选型分析16-20
• 2.1.2.1 IGBT 的截止电压(耐压)17
• 2.1.2.2 IGBT 的正向电流17-18
• 2.1.2.3 IGBT 的开关频率18-19
• 2.1.2.4 IGBT 的温度规格与封装形式19-20
• 2.2 IGBT 模块的驱动分析20-26
• 2.2.1 IGBT 的栅极控制电路20-21
• 2.2.2 关键阻容分析21-24
• 2.2.2.1 栅极电阻的选择21-23
• 2.2.2.2 栅极—发射极电阻与缓冲电容23-24
• 2.2.3 保护与监视技术24
• 2.2.3.1 栅极电压箝位技术24
• 2.2.3.2 短路保护(V_[CE]检测)技术24
• 2.2.4 驱动芯片的选择24-26
• 2.3 IGBT 模块的散热分析26-31
• 2.3.1 IGBT 模块的损耗计算26-27
• 2.3.2 IGBT 模块结层温度的计算27
• 2.3.3 IGBT 模块散热冷却条件的选择27-28
• 2.3.4 IGBT 模块中温度传感器(NTC)的使用28-31
• 2.3.4.1 NTC 的热量情况29
• 2.3.4.2 NTC 温度的获得29-31
• 第3章 电机控制器的硬件电路与结构设计31-52
• 3.1 电机控制器的参数规格与器件选型31-35
• 3.1.1 电机控制器的基本参数规格31
• 3.1.2 IGBT 模块的选择31-32
• 3.1.3 薄膜电容的选择32-33
• 3.1.4 电流传感器的选择33-34
• 3.1.5 直流接触器与充放电电阻的选择34-35
• 3.2 电机控制器主控板硬件电路设计35-42
• 3.2.1 主控芯片的最小系统电路35-36
• 3.2.1.1 主控芯片 STM32F407VGT6 简介35
• 3.2.1.2 STM32F407VGT6 的最小系统35-36
• 3.2.2 模拟量采集电路36-37
• 3.2.3 旋变解码电路37-38
• 3.2.4 硬件错误保护电路38-39
• 3.2.5 CAN 通讯电路39-40
• 3.2.6 开关量输出电路40-41
• 3.2.7 控制器逻辑电源电路41-42
• 3.3 电机控制器驱动板硬件电路设计42-47
• 3.3.1 IGBT 的驱动电路43-44
• 3.3.1.1 驱动芯片简介43
• 3.3.1.2 驱动电路43-44
• 3.3.2 模拟量采集电路44-47
• 3.3.2.1 母线电压采集与功率状态说明44-45
• 3.3.2.2 电流、温度采集与功率状态说明45-47
• 3.4 电机控制器结构设计47-52
• 3.4.1 PCB 电路板的布局与布线47-50
• 3.4.1.1 电磁兼容设计47-49
• 3.4.1.2 电气间隙设计49-50
• 3.4.2 壳体的设计与装配50-52
• 3.4.2.1 端子与接线柱的选择50-51
• 3.4.2.2 结构设计与注意事项51-52
• 第4章 课题的总结与展望52-60
• 4.1 当前课题成果总结52-58
• 4.2 今后课题发展展望58-60
• 参考文献60-62
• 作者简介62-63
• 致谢63

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