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關於電機控製器的模塊和工作原理知識詳解

2019-04-01

隨著電動汽車的普及化,現今市麵上的電動汽車的發動機使用的都是交流電機。交流電機的動力是由車載儲電池提供,通過車載儲電池對車輛提供直流電,但是正常的電動機卻需要交流電才能正常工作。因此把直流電變成交流電才是電動汽車工作的關鍵。

電動機控製器3大模塊

1、電子控製模塊(ElectronicController):是包括硬件電路和相應的控製軟件的統稱。硬件電路主要包括微處理器及其小係統、對電機電流,電壓,轉速,溫度等狀態的監測電路、各種硬件保護電路,以及與整車控製器、電池管理係統等外部控製單元數據交互的通信電路。控製軟件根據不同類型電機的特點實現相應的控製算法。

2、驅動器(Driver):可以將微控製器對電機的控製信號轉換為驅動功率變換器的驅動信號,並隔離功率信號和控製信號。

3、功率變換模塊(PowerConverter ):起到對電機電流進行控製的作用。電動汽車經常使用的功率器件有大功率晶體管、門極可關斷晶閘管、功率場效應管、絕緣柵雙極晶體管以及智能功率模塊等。

電機種類繁多

基於不同研究目的,因此電機的分類繁多。目前電動汽車的電機基本上用的交流電機,目前主流車用的主流電機是永磁交流電機,有三個特性:一是結構簡單,工作運行上安全可靠性;二是電動機的體積小,重量比較輕,功耗的損耗小,工作效率高;三是電動機的形狀和尺寸具有靈活多樣性。

電機控製器進行工作

電動機在驅動汽車工作過程中,電動機控製器在促使電動機工作。電機控製器是由逆變器和控製器兩部分組成。其中逆變器接收電池輸送過來的直流電電能,逆變成三相交流電給汽車電機提供電源,其次控製器接受電機轉速等信號反饋到儀表,當發生製動或者加速行為時,控製器控製變頻器頻率的升降,從而達到加速或者減速的目的。

電機控製器未來發展遵循原則

一、高安全性,是電機控製器的基本要求

集成功能越來越多,意味著安全要求越來越高。安全性能需要通過很多芯片架構結合實現,比如SBC+MCU監控架構、高壓備份電源、安全相關驅動芯片、IGBT故障的全麵診斷、獨立安全關斷路徑、獨立ADC通道的旋變信號解碼、不同質兩路高壓采樣電路、不同質三相電流霍爾傳感器等。

菠菜联盟對電控的安全性要求嚴格,在交流異步控製器方麵,特有的矢量控製技術(專利),當車輛在行駛過程中某項出現故障時,普通控製器將立即停止運作,這對身處車流中的車輛來說是非常危險的,而菠菜联盟控製器某項出現故障時,其餘二相還能繼續通電運行,車輛可緩慢行駛到路邊安全地帶,直到電機轉動為零才停止工作。不僅如此,當控製器中部分可控電子開關損壞時,控製器將切換到未損壞的可控電子開關模塊(專利),使控製器正常運行,大大增加了控製器的安全性。

二、高功率密度化,其外形體積會隨分裝向小型化發展

隨著器件的發展和分裝技術的發展,成本預測會逐步降低。從分裝角度來說,傳統易用型模塊向方磚、超薄外形,後裸DBC/芯片形式這樣的趨勢發展。外形體積隨分裝向小型化發展。

從芯片角度來看,電動機控製器是往高效率、高操作結溫方向發展。比如E3芯片,其操作結溫在150℃,EDT2芯片結溫可以提升至175℃,SIC碳化矽芯片結溫可以超過175℃,如果E2芯片功率損耗為1,後兩者功率損耗分別為0.8和0.3到0.5之間。使用SiC器件可以顯著降低開關損耗,提升係統效率,減少死區時間,提升係統輸出能力。

從電池包和控製器的總體考慮,總成本下降5%,從整車考慮,續航裏程增加10%。使用SiC器件之後能夠提升整體效率。

三、高壓化是電動機控製器未來發展的基本趨勢

GBT的方向是650V,IGBT的設計往更高的750V以及1200V 。EMC等級將越來越高,下一步應該是class5水平。現在二代產品可能能做到class3、class4,以後EMC要做到class5,要求措施要做到小型化,成本更低。EMC核心突破創新定位在:以更優的濾波方案,更低成本的EMC器件成本達到高等級EMC要求。

電機控製器已做到“五合一”水平,有5大類產品

目前,在很多城市,基本的電動車電機控製器已經做到“五合一”水平,分為5大類別產品:

1、單主驅控製器、輔件三合一控製器(集成:EHPS控製器+ACM控製器+DCDC)。

2、輔件五合一控製器(集成:EHPS控製器+ACM控製器+DCDC+PDU+雙源EPS控製器)。

3、乘用車控製器(集成:主驅+DCDC)。

4、物流車三合一控製器(集成:主驅+DCDC+PDU)。

5、物流車五合一控製器(集成:主驅+EHPS控製器+ACM控製器+DCDC+PDU)。

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