新能源商用车驱动系统设计方案.docx

1、新能源商用车驱动系统设计方案系统方案书 项目名称:电动车驱动器项目编号：拟制:日期：06-17审核:日期：批准:日期：目录与索引修订记录Revision record日期Date修订版Revision version描述Description作者Author2V1.0新拟制、初始化引言说明 背景参考资料概述产品描述产品功能和特性说明产品开发环境说明硬件开发环境：OrCAD；软件开发环境： 结构设计开发环境：Pro-E，AutoCAD；热设计开发环境：Icepak；产品应用环境说明电气环境：环境温度：40105，85降额；冷却液温度-4075，65降额防水等级：IP67；海拔：1000m满载；3

2、000m内功率降额使用，爬电需满足3000m海拔要求；振动：10G，10300Hz需求分析与系统方案设计系统的组成说明从产品功能单元来划分，可以分为以下几个子系统：1）输入输出接口主功率： RST功率输出，DC+，DC-电池输入控制信号：通讯接口，RS485，CAN编码器接口，旋转编码器、ABZ编码器模拟输入接口，3个模拟输入接口模拟输出接口，2个模拟输出接口继电器输出接口，2个转换触点数字输出接口，4个DO输出开盖报警接口预充完成及故障码信号操作器和程序下载端口电池接口 8V36V2）母排和母线支撑电容3）IGBT功率模块4）驱动电源板；5）主控板；系统功能框图说明图1 系统框图系统框图如上

3、图1所示，系统的功能主要由IGBT功率模块、驱动电源板和控制板来完成的。其中驱动电源板主要完成的功能包括：1）提供驱动电源；2）驱动IGBT；3）IGBT DESAT保护；4）电压采样，电流采样；5）IGBT温度采样；控制板主要完成的功能包括：1）完成驱动电机的算法；2）电压、电流信号的调理；3）IGBT的过压保护；4）IGBT的过流保护；5）IGBT过温保护；6）电机温度采样和保护；7）编码器速度反馈；8）数字量输出，模拟量输入输出，继电器输出9）CAN通讯（点火、复位、正转、反转、刹车、转速）系统接线图说明系统接线图如下图2所示，实线框以内的是机器内部功能，实线框以外的是机器的外部输入输出

4、接口，机器内部接线主要包括母排把模块、电容和输入端口连接一起输出，铜排连接输出端口和模块，驱动板和模块焊接一起，控制板和驱动板通过排线连接。图2 系统接线图硬件部分硬件需求分析详见附表：主要硬件部分架构说明（含架构图）本项目拟采用一级拓扑结构：全桥逆变。详细拓扑说明如下：逆变架构说明：逆变拓扑如下图3所示。逆变架构采用目前主流、常见的全桥逆变电路，三相分别由三个逆变桥组成。附逆变拓扑图图3逆变拓扑图主要器件的预选型说明所属功能块器件名初选型号输入输出接口输入输出端子逆变IGBT模块FS800R07A2E3控制板排线端子母线支撑膜电容CBB131 851000uf/900V电流采样电流传感器HC

5、5F600-SIGBT驱动驱动芯片1ED020I12FA2主控制芯片MCUXxx电源管理电源管理芯片LM3481QMM固件部分固件需求分析固件需求详见下述文件：软件功能需求(部分) 固件操作系统与CPU预选型操作系统目前沿用我司现有软件平台。CPU芯片选用xxx。 控制算法预选型结构、热流部分结构、热流需求分析结构方面的功能需求如下：（1）外形尺寸：475X244X109以内；功率密度在9.05W/cm；（2）重量：15Kg（3）产品的安装及防盗：挂壁式安装，防盗同时要考虑机器的固定。（4）振动和跌落要求 ：震动10g,10300Hz；跌落1m，两次；（5）产品结构的可靠性要求（防护、耐腐蚀性

6、等）： IP67，盐雾试验根据GB/T 2423.17-1993（6）壳体机械强度 ：驱动器壳体30cm*30cm的面积上应能承受100kg质量的物体产生的重力，而不发生变形。（7）冲击测试：50g,6ms结构设计的实施步骤如下：（1）根据电气方案确定各线路板的位置；根据线路板及元器件的尺寸确定箱体的外形尺寸；（2）根据热仿真报告确定散热方案；（3）根据外观设计确定外观。关键部分的器件选型与预设计1.功率模块、IGBT驱动、开关电源控制芯片、开关电源驱动MOS、变压器、电流传感器、EMC磁芯、母线电容，内容尚在补充2.电源系统电源芯片选用LM3481QMM，电源的变压器设计见文件。3.输入输出

7、端子4.温度降额设计1)冷却液温度降额2)环境温度降额5.海拔降额设计根据GB755-2000的有关规定，海拔在1000m以上时，每升高100m温升降低1%；参考GB/T3859.2的海拔降额要求。6.工作循环和工作制1）验证驱动器发热问题工作制根据GB/T18488.1标准中有9个电机的对应工作制， 驱动器在实际应用时驱动各工作制的电机，对发热最严重的工作制为S7工作制；即驱动器开始进行过载加速，然后恒定满载功率运行，最后制动减速。加速匀速减速备注S7时间（S）加速到35Hz所需时间（比亚迪的百米加速时间5.9s）匀速时间占的比例是否可以按照标准中减速到0Hz所需时间（取决于外部增加抱闸制动

8、）城市循环：加速时间21.54%，等速时间30.26%，减速时间17.44%，运行周期195s；市郊循环：加速27.25，等速52.25，减速10.5，运行周期400s；输出电流系数211.5输出频率（Hz）03535350运行方式：长期连续运行；2）验证可靠性的功率循环参考GB/T 29307；7.接口端口规格EMC、安规、LAYOUT部分需求分析1.EMC部分方案介绍1）EMI滤波说明电动车驱动器整体被铁壳包裹，对外的辐射天线主要是主功率的输入输出口。在输入输出口加共模滤波，会降低对外辐射和传导干扰，加强抗扰度。输入、输出和母线铜排均采用叠层的方式来降低寄生电感。减小主功率回路。输入铜排通

9、过共模滤波磁环，输出铜排也经过共模滤波磁环，滤除共模干扰。参考赛米控SKAI 90 A2 GD06-WCI（赛米控另外有两块EMI小板）。Y电容采用0.33uF；共模磁环，目前采用的新康达UU38/21/10，LP3材料；备选方案：同样规格的VAC的超微晶和微晶磁环，在高频有更好的磁导率和在低频有更高的共模抑制效果；可根据实测结果调整；以下为目前样机的布局和大功率电流流向，需尽量保证弱电排线的布置和主功率垂直。2）EMC部分须遵循标准及实施步骤：须遵循标准安全标准：GB/T 18488.1；EMC标准：GB/T 17619、GB 14023；EMC方案实施步骤整机布局初期，对整机的功率流向等进

10、行审核；PCB布局时期，对PCB的布局审核；2.Layout需求分析：本项目PCB layout需求详述如下：1）安规绝缘等级需求安规绝缘等级：安规绝缘等级按照GB/T18488.1的要求。主功率对外壳，弱电对外壳，主功率对弱电之间打耐压为直流3000VDC,持续时间1s，这个根据竞争对手而来，非行业标准。绝缘间隙的安规降额：2）绝缘电阻要求依据GB/T18488的试验要求，在环温40，湿度90，不应小于1M。3）PCB综合布局、走线需求PWM信号不可打孔；强电区域内不可放入弱电；驱动离IGBT的距离要尽可能近；强电走线间距要符合GB/T18488决定；强电回路面积要尽量小，走线宽度要符合电流

11、需求。4）PCB布局方案方案一：控制板+驱动板+IGBT模块（目前采用的方案）方案说明：控制板和驱动板之间通过排线连接，电流传感器焊接到驱动板上，驱动板焊接到功率模块，输入输出铜排均采用叠层的方式；方案二：控制驱动板+IGBT模块+2块EMC小板（赛米控）方案说明：控制和驱动在一块板，功率模块和驱动压接在一起，驱动用4路单独电源，控制用一路电源；1块EMC小板是正负母线的共模滤波，一块是输出的差模滤波。参考方案三：控制板+驱动板+平面变压器小板+IGBT模块（在目前采用的方案修改）方案说明：在目前的方案基础上把平面变压器单独拿出来。需评估5）PCB板板材质量需求板材和走线规范都会影响板子的质量。就板材而言，现在基本统一使用FR4，在没有其他性价比更高的板材出来前应该不会变。辅助电源部分辅助电源架构说明（含架构图）辅助电源架构图详见下图19所示：图19 辅助电源架构图材料成本预估说明材料成本预估详见下表：序号部件分类部件单位成本配置数量材料总成本1机构料主要机构物料绝缘材料叠层母排水冷其余机器材料2驱动板母线电容开关电源电流传感器IGBT模块驱动芯片PCB板3EMI直流输入EMI滤波磁芯交流输出EMI滤波磁芯直流EMI滤波板交流输出EMI滤波板4控制板控制板接插端子PCB板5其他功率端子控制端子电阻电容合计