電機控制器的重要組成及未來(lái)市場(chǎng)趨勢分析
電機控制器作為新能源汽車(chē)中連接電池與電機的電能轉換單元,是電機驅動(dòng)及控制系統的核心,主要包含IGBT功率半導體模塊及其關(guān)聯(lián)電路等硬件部分以及電機控制算法及邏輯保護等軟件部分。
電機驅動(dòng)控制系統(包括驅動(dòng)電機和電機控制器)是新能源汽車(chē)車(chē)輛行使中的主要執行結構,控制和驅動(dòng)特性決定了汽車(chē)行駛的主要性能指標。
一般來(lái)講,電機控制器的主要由如下幾部分組成:
1、電子控制模塊(ElectronicController)包括硬件電路和相應的控制軟件。硬件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(tài)的監測電路、各種硬件保護電路,以及與整車(chē)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??刂栖浖鶕煌?lèi)型電機的特點(diǎn)實(shí)現相應的控制算法。
2、驅動(dòng)器(Driver)將微控制器對電機的控制信號轉換為驅動(dòng)功率變換器的驅動(dòng)信號,并實(shí)現功率信號和控制信號的隔離。
3、功率變換模塊(PowerConverter )對電機電流進(jìn)行控制。電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)常使用的功率器件有大功率晶體管、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、功率場(chǎng)效應管、絕緣柵雙極晶體管以及智能功率模塊等。
目前,電動(dòng)汽車(chē)電機控制器多采用三相全橋電壓型逆變電路拓撲,部分產(chǎn)品前置雙向DC/DC變換器,以增大電機端輸入交流電壓,提升高轉速下的輸出功率,降低電機設計與生產(chǎn)成本。傳統控制器中直流支撐電容器體積龐大、耐高溫性能較差。為減小直流支撐電容器體積甚至取消直流支撐電容器,新型變換器電路拓撲和控制方法成為電動(dòng)汽車(chē)應用研究的新熱點(diǎn),但尚處于實(shí)踐探索階段。目前電動(dòng)汽車(chē)用變流器的研發(fā)重點(diǎn)仍然多集中在電力電子集成方面。
綜合技術(shù)和市場(chǎng)趨勢分析,未來(lái),車(chē)用驅動(dòng)電機系統的三個(gè)技術(shù)發(fā)展方向是永磁化、數字化和集成化。
1、永磁化指永磁電機具有功率密度和轉矩密度高、效率高、便于維護的優(yōu)點(diǎn)。目前電機永磁化趨勢正凸顯,一覽眾咨詢(xún)數據顯示,永磁同步電機在我國新能源汽車(chē)中的使用占比已超過(guò)90%。
2、數字化包括驅動(dòng)控制的數字化、驅動(dòng)到數控系統接口的數字化和測量單元數字化。用軟件最大程度地代替硬件,具有保護、故障監控、自診斷等其他功能。
3、集成化主要體現在兩個(gè)方面:1)電機方面:電機與發(fā)動(dòng)機總成、電機與變速箱總成的集成化;2)控制器方面:電力電子總成(功率器件、驅動(dòng)、控制、傳感器、電源等)的集成化。未來(lái)把電機、減速機、控制器一體化,是一種趨勢,不僅減小了體積,更使得產(chǎn)品更加標準化。