關於電動機控制器的模塊和工作原理知識詳解

2020-11-24 電子發燒友

關於電動機控制器的模塊和工作原理知識詳解

工程師青青 發表於 2018-08-13 09:00:00

隨著電動汽車的普及化，現今市面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。

電動機控制器3大模塊

1、電子控制模塊（ElectronicController）：是包括硬體電路和相應的控制軟體的統稱。硬體電路主要包括微處理器及其最小系統、對電機電流，電壓，轉速，溫度等狀態的監測電路、各種硬體保護電路，以及與整車控制器、電池管理系統等外部控制單元數據交互的通信電路。控制軟體根據不同類型電機的特點實現相應的控制算法。

2、驅動器（Driver）：可以將微控制器對電機的控制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制信號。

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

電動機種類繁多

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。

電動機控制器進行工作

電動機在驅動汽車工作過程中，電動機控制器在促使電動機工作。電機控制器是由逆變器和控制器兩部分組成。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，其次控制器接受電機轉速等信號反饋到儀表，當發生制動或者加速行為時，控制器控制變頻器頻率的升降，從而達到加速或者減速的目的。

電動機控制器未來發展遵循原則

一、高安全性，是電動機控制器的最基本要求

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晶片架構結合實現，比如SBC＋MCU監控架構、高壓備份電源、安全相關驅動晶片、IGBT故障的全面診斷、獨立安全關斷路徑、獨立ADC通道的旋變信號解碼、不同質兩路高壓採樣電路、不同質三相電流霍爾傳感器等。

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，最後裸DBC／晶片形式這樣的趨勢發展。外形體積隨分裝向小型化發展，2018年或者未來可以達到2013年外形體積大小的1／10。

從晶片角度來看，電動機控制器是往高效率、高操作結溫方向發展。比如E3晶片，其操作結溫在150℃，EDT2晶片結溫可以提升至175℃，SIC碳化矽晶片結溫可以超過175℃，如果E2晶片功率損耗為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，提升系統效率，減少死區時間，提升系統輸出能力。

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

三、高壓化是電動機控制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。

電機控制器已做到「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制器已經做到「五合一」水平，分為5大類別產品：

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

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

3、乘用車控制器（集成：主驅＋DCDC）。

4、物流車三合一控制器（集成：主驅＋DCDC＋PDU）。

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

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