新能源電動汽車 發表於 2020-12-12 11:16:00
新能源電動汽車由「大三電」和「小三電」之分，大三電包括：動力電池、電機和電機控制器；小三電包括：電動助力轉向，電動空調和電動助力。今天我們就來談一下大三電中的電機控制器。
從定義上來講，依據GB／T18488．1－2015《電動汽車用驅動電機系統第1部分：技術條件》，電機控制器：控制動力電源與驅動電機之間能量傳輸的裝置，由控制信號接口電路、驅動電機控制電路和驅動電路組成。
從功能上來講，新能源電動汽車控制器將新能源電動汽車動力電池的直流電轉換成驅動電機的交流電，通過通訊系統與整車控制器進行通訊，控制車輛所需的速度和動力。
從外往內分析，第一步：從外觀看，電機控制器就是一個鋁盒子，一個低壓連接器，一個兩個孔組成的高壓母線連接器，一個三個孔組成的與電機相連的三相連接器（多合一連接器沒有三相連接器），一個或者多個透氣閥和兩個水道進出水口。鋁盒子上面，一般設計有兩個蓋板，其中一個大蓋板，一個接線蓋板，大蓋板可以將控制器完全打開，接線蓋板，是接控制器母線連接器和三相連接器時使用。如圖示，以奧迪e－tron三合一動力總成為例：1為低壓連接器，2為高壓母線連接器接口，3為防水透氣閥。
低壓連接器：包括電機控制器的低壓電源和低壓信號：低壓電源，乘用車以12V為常用，商用車以24V為常用，與車輛小蓄電池相連；CAN信號，包括整車CAN與內部CAN網絡，一般有兩路或更多；旋變信號：與電機的旋轉變壓器相連接，負責檢測電機的轉速，旋轉變壓器裝在電機端；部分DI和DO，根據不同的客戶需求進行預留。
高壓母線連接器：與動力電池相連。
防水透氣閥：防止控制器內形成水汽和結露等。
看完了外部，我們看一下內部：
控制器打開蓋子，就是整個電機控制器的內部結構件和電子組件，一些控制器，打開蓋子的時候會根據客戶的需求，在接線蓋板處放置開蓋保護開關。
內部主要包括：三相銅排、母線銅排，銅排支撐架，三相和母線接線支架，EMC濾波板，母線電容，控制板，驅動板，轉接板，IGBT，電流傳感器，EMC磁環和放電電阻等。
三相銅排、母線銅排，銅排支撐架，三相和母線接線支架，EMC磁環和EMC濾波板；現在更多的將三相銅排、母線銅排，銅排支撐架，三相和母線接線支架，EMC磁環和EMC濾波板組成一個模組，有利於自動化生產，即使不用自動化生產線也能提高工人的裝配進度。
母線電容，控制板，驅動板，轉接板，IGBT和放電電阻；有些電機控制器會將控制板、驅動板、轉接板和放電電阻做在一起，或者將轉接板與控制板做成一個板，如特斯拉Model3整個電控只有一塊板。黃色部分為驅動部分，相當於多個板的驅動板，紅色部分為控制部分，相當於多個板的控制板，藍色部分為放電電阻部分，省去轉接板也能節省一些成本，現在國內以控制板和轉接板合二為一的居多。
如下圖：奧迪e－tron三合一動力總成控制部分開蓋爆炸圖：
如下圖：奧迪e－tron三合一動力總成控制部分內部爆炸圖：（1）驅動板，（2）驅動板支架，（3）高壓母線採樣線束，（4）三相輸出疊層銅排，（5）三相銅排，（6）母線一體霍爾，（7）日立雙面水冷IGBT模塊，（8）疊層母排，（9）出水口蓋板，（10）IGBT冷卻水道，（11）母線電容，（12）正（或者負）母排，不知道哪個是正負，（13）進水口蓋板，（14）控制板，（15）電容引腳焊接點，（16）IGBT中間四引腳焊接點，（17）IGBT粗引腳焊接處，（18）IGBT水道另一端蓋板。
不同的廠家的控制器會有不同，但基本上包括了以上所有部件，只是不同的廠家或者型號，外形會有不同。
控制板分析：控制板主要包括：電源電路、控制晶片，CAN網絡，旋變電路和各種採樣電路。
電源電路：電源電路主要將12V或者24V電轉變成DSP和部分電路所需的電壓，標誌以變壓器，電解電容，大體積瓷片電容，大體積電感，粗走線為標誌，一般採用的方案：英飛凌的DSP一般採用英飛凌的電源晶片，部分採用英飛凌的TLF35584；TI的DSP一般採用TI的DSP所推薦的電源晶片。
控制晶片常用DSP，一般為板子上最大的晶片，還有一個會使用到FPGA和CPLD與DSP一起使用，常用DSP晶片為英飛凌和TI的，部分低端車型也是用意法半導體的。
CAN網路：以小共模電感為標誌，這個容易與旋變電路混餚，我們可以通過判斷附近的IC判斷是否為CAN網絡。
旋變電路：硬體解碼電路以旋變解碼晶片為標誌，晶片以ADI的12XX系列晶片為主，如果是軟體解碼，以小共模電感和推挽電路為標誌，容易與CAN網絡混餚，CAN網絡沒有推挽電路。
各種採樣電路：不能直接判斷。
驅動板分析：驅動板上有高壓部分和低壓部分，板子上會有明顯的隔離帶，驅動部分包括：驅動電源、高壓採樣和驅動電路。
驅動電源：以變壓器為標誌，不同的方案會有不同的設置方案，一般有反激電源、正激電源和半橋電源，變壓器有6個，3個，2個和1個的區別，6個變壓器，三相上下橋各有一個變壓器，各個橋臂上下橋各一個電源，3個變壓器，每一相一個變壓器，2個變壓器，一般會是上橋一個變壓器，下橋一個變壓器，1個變壓器是一個變壓器扮演2個，3個和6個變壓器的作用。其中變壓器越多越有利於PCB布線。
高壓採樣：高壓採樣電路包括多個高壓採樣電阻和隔離運放，高壓採樣電阻一般會採用1206或者更大封裝，隔離運放以安華高的C87A／BT為主。
驅動電路：驅動電路是將DSP輸出的驅動信號經過隔離晶片將驅動信號帶載能力加強，驅動IGBT，並將故障信號送到DSP，隔離方式主要有磁隔離、容隔離和光電隔離，我們常用的為磁隔離和容隔離。帶載能力各不相同，一般後面加推挽電路，現在也有一些更大帶載能力的晶片可供使用。
責任編輯：xj
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