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行业新闻

新能源电动汽车电机控制器

作者:AEE汽车技术平台点击:113 发布时间:2023-09-01



电机控制器,作为电动汽车的核心部件之一,是汽车动力性能的决定性因素。它从整车控制器获得整车的需求,从动力电池包获得电能,经过自身逆变器的调制,获得控制电机需要的电流和电压,提供给电动机,使得电机的转速和转矩满足整车的要求。




电机控制器是连接电机与电池的神经中枢,用来调校整车各项性能,足够智能的电控不仅能保障车辆的基本安全及精准操控,还能让电池和电机发挥出充足的实力。


一、电机控制器在电动汽车中的位置和作用

1. 位置

从外部看,一般的电机控制器最少具备两对高压接口。一对输入接口,用于连接动力电池包高压接口;另外一对是高压输出接口,连接电机,提供控制电源。

至少具备一只低压接头,所有通讯、传感器、低压电源等等都要通过这个低压接头引出,连接到整车控制器和动力电池管理系统。


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低压连接器

包括电机控制器的低压电源和低压信号:低压电源,乘用车以12V为常用,商用车以24V为常用,与车辆小蓄电池相连;CAN信号,包括整车CAN与内部CAN网络,一般有两路或更多;旋变信号:与电机的旋转变压器相连接,负责检测电机的转速,旋转变压器装在电机端;部分DI和DO,根据不同的客户需求进行预留。

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高压母线连接器

与动力电池相连。

防水透气阀

防止控制器内形成水汽和结露等。


2 .工作过程

(1)指令和响应

电机控制器,调速指令的触发信号,来自整车控制器的命令。整车控制器一方面体现驾驶员意图,另一方面从安全和车辆电气系统运行状态出发,评估对驾驶员的响应是否合理,最后执行或打折执行。驾驶员的意图通过加速踏板和制动踏板表达并传递给整车控制器。


整车控制器给到电机控制器的具体指令,与动力系统相关的有以下几种,加速,减速,制动,停车。电机控制器做出的响应为,改变电源电流、电压、频率等参数,使得电机的运行状态符合整车控制器的需要。


(2) 闭环

电机控制器自身是一套闭环控制系统,调节目标参数,检测受控函数值是否到达预期,若不相符,反馈给控制器,再次调整目标参数。经过反复的闭环反馈,实现高精确度的控制。

整车控制器采集车速传感器,各个电气部件温度、电压等重要状态参数,判断整车的综合情况,是否符合驾驶员提出的需求,同时不妨碍整个系统的健康状况。这个过程,是整车层面的闭环控制。


(3) 改善的方向

一方面,好的控制策略,会对控制精度和响应速度产生重要影响,因而是研发人员投入精力的重要领域。

另一方面,随着各个部件控制运算能力的提升,电动汽车的驾乘感受将越来越“随心所欲”。


二、 电机控制器基本组成

电机控制器系统构成,中央控制模块,功率模块,驱动控制模块,各种传感器。

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1.中央控制模块

包括,PWM波生成电路,复位电路,传感器信号处理电路,交互电路。中央控制模块,对外,通过对外接口,得到整车上其他部件的指令和状态信息。对内,把翻译过的指令传递给逆变器驱动电路,并检测控制效果。

2.功率模块

电机控制器的主题是一部逆变器,对电机电流电压进行控制。经常选用的功率器件主要有MOSFET, GTO, IGBT等。

3. 驱动控制模块

将中央控制模块的指令转换成对逆变器中可控硅的通断指令,并作为保护装置,具备过压、过流等故障的监测保护功能。

4 .传感器

系统应用到的传感器包括电流传感器,电压传感器,温度传感器,电机转轴角位置传感器等,根据设计要求增减。


三、好的电机控制器应该什么样

1 .好的电机控制器特点

电机工作原理的不同,直接影响调控过程的复杂程度和精确性。

按照控制从易到难排列,分别是直流无刷电机,永磁同步电机,开关磁阻电机,异步电动机。

电控的难易,既包括硬件系统设计的规模大小、造价高低,也包括软件算法实现的控制精度高低和为了达到这个精度所采用的策略和方法的鲁棒性的好坏。

人们期待得到的是硬件结构简单,软件算法简洁,控制精度高,系统稳定性好的控制系统。


2. 电机控制器有国标

电动汽车电机和控制器标准,已有国家标准:

GB /T 18488.1—2015《电动汽车用电机及其控制器第1 部分: 技术条件》;

GB /T 18488.2—2015《电动汽车用电机及其控制器第2 部分: 试验方法》。

2015版为最新版本,标准里主要针对安全性和耐环境性提出了具体要求,比如各部分的绝缘性耐压性能以及各种耐环境性。而电机的技术参数,作为验证项目,只要符合厂家自己的声明即可。





如下图:奥迪e-tron三合一动力总成控制部分开盖爆炸图:


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如下图:奥迪e-tron三合一动力总成控制部分内部爆炸图:

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(1)驱动板,(2)驱动板支架,(3)高压母线采样线束,(4)三相输出叠层铜排,(5)三相铜排,(6)母线一体霍尔,(7)日立双面水冷IGBT模块,(8)叠层母排,(9)出水口盖板,(10)IGBT冷却水道,(11)母线电容,(12)正(或者负)母排,不知道哪个是正负,(13)进水口盖板,(14)控制板,(15)电容引脚焊接点,(16)IGBT中间四引脚焊接点,(17)IGBT粗引脚焊接处,(18)IGBT水道另一端盖板。

不同的厂家的控制器会有不同,但基本上包括了以上所有部件,只是不同的厂家或者型号,外形会有不同。

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控制板分析:控制板主要包括:电源电路、控制芯片,CAN网络,旋变电路和各种采样电路。


电源电路:电源电路主要将12V或者24V电转变成DSP和部分电路所需的电压,标志以变压器,电解电容,大体积瓷片电容,大体积电感,粗走线为标志,一般采用的方案:英飞凌的DSP一般采用英飞凌的电源芯片,部分采用英飞凌的TLF35584;TI的DSP一般采用TI的DSP所推荐的电源芯片。


控制芯片常用DSP,一般为板子上******的芯片,还有一个会使用到FPGA和CPLD与DSP一起使用,常用DSP芯片为英飞凌和TI的,部分低端车型也是用意法半导体的。


CAN网路:以小共模电感为标志,这个容易与旋变电路混肴,我们可以通过判断附近的IC判断是否为CAN网络。


旋变电路:硬件解码电路以旋变解码芯片为标志,芯片以ADI的12XX系列芯片为主,如果是软件解码,以小共模电感和推挽电路为标志,容易与CAN网络混肴,CAN网络没有推挽电路。


各种采样电路:不能直接判断。


驱动板分析:驱动板上有高压部分和低压部分,板子上会有明显的隔离带,驱动部分包括:驱动电源、高压采样和驱动电路。


驱动电源:以变压器为标志,不同的方案会有不同的设置方案,一般有反激电源、正激电源和半桥电源,变压器有6个,3个,2个和1个的区别,6个变压器,三相上下桥各有一个变压器,各个桥臂上下桥各一个电源,3个变压器,每一相一个变压器,2个变压器,一般会是上桥一个变压器,下桥一个变压器,1个变压器是一个变压器扮演2个,3个和6个变压器的作用。其中变压器越多越有利于PCB布线。


高压采样:高压采样电路包括多个高压采样电阻和隔离运放,高压采样电阻一般会采用1206或者更大封装,隔离运放以安华高的C87A/BT为主。


驱动电路:驱动电路是将DSP输出的驱动信号经过隔离芯片将驱动信号带载能力加强,驱动IGBT,并将故障信号送到DSP,隔离方式主要有磁隔离、容隔离和光电隔离,我们常用的为磁隔离和容隔离。带载能力各不相同,一般后面加推挽电路,现在也有一些更大带载能力的芯片可供使用。


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