新能源汽車單機(jī)控制器及其工作方式

一. 電機(jī)控制器在電動(dòng)汽車中的位置與作用

電機(jī)控制器，是電動(dòng)汽車最為核心的模塊，同時(shí)也是汽車動(dòng)力性能的決定性因素，它能夠從整車輛的控制角度獲得整車的需求，從有關(guān)的動(dòng)力電池包獲得電能，經(jīng)過自身逆變器的調(diào)制，從而獲得控制電機(jī)所需要的電流與電壓，并提供給電動(dòng)機(jī)，從而使得電機(jī)轉(zhuǎn)速與扭矩滿足整個(gè)車輛的要求。

電機(jī)控制器同時(shí)也是連接電機(jī)與電池的神經(jīng)中樞，可以用來調(diào)校，所有車輛的各項(xiàng)性能指標(biāo)，足夠的智能電控不僅能夠保障車輛的基本安全與精準(zhǔn)操控，二階還能夠使得電池與電機(jī)發(fā)揮出充足的實(shí)例。

1.位置

從外部來開，一般的電機(jī)控制器至少具有兩隊(duì)高壓接口，與一對(duì)輸入接口，他們可以用來連接動(dòng)力電池包的高壓接口，另外一對(duì)是高壓輸出接口，用來連接電機(jī)，來提供有關(guān)的控制電源。并且至少應(yīng)該具備一直抵押接頭，所有的通訊，傳感器，低壓電源等都要從這個(gè)低壓接頭引出，從而連接到整個(gè)控制器與電池管理系統(tǒng)(BMS).

低壓連接器

包括電機(jī)控制器的低壓電源與低壓信號(hào)，低壓電源，乘用車一12V為常用，商用車一24V為常用，并且與車輛的小蓄電池連接，CAN信號(hào)，包括整車的CAN與內(nèi)部的CAN網(wǎng)絡(luò)，一般來說有兩路與更多，旋變信號(hào)與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器連接，負(fù)責(zé)檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)變壓器裝載電機(jī)端，同時(shí)可以控制。

高壓母線連接器

與動(dòng)力電池相連

防水透氣閥

防止控制器內(nèi)部形成水汽與結(jié)露等。

2.工作過程

指令與響應(yīng)電機(jī)控制器，調(diào)速指令的觸發(fā)信號(hào)，與來自整車控制器的命令。整車控制器一方面能夠體現(xiàn)駕駛員的意圖，另外一方面從安全與車輛電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)觸發(fā)，評(píng)估駕駛員的相關(guān)響應(yīng)是否合理，最后執(zhí)行與打折執(zhí)行與動(dòng)力系統(tǒng)有關(guān)的有以下幾種，加速，減速，制動(dòng)，停車。電機(jī)控制器做出的響應(yīng)為，可以改變電源電流，電壓，頻率等參數(shù)，從而使得電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)符合控制器的需要，閉環(huán)電機(jī)控制器本身是以套閉環(huán)的控制系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)目標(biāo)參數(shù)，檢測(cè)受控函數(shù)值是否可以達(dá)到于此，如果不符合要求，就會(huì)反饋給控制器，在此調(diào)節(jié)參數(shù)，通過反復(fù)的閉環(huán)反饋，從而實(shí)現(xiàn)高精度的控制。

二. 電機(jī)控制器的基本構(gòu)成

電機(jī)控制器構(gòu)成： 中央控制模塊，功率模塊，驅(qū)動(dòng)控制模塊，各種傳感器。

電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖

1.中央控制模塊

包括，PWM波發(fā)生電路，復(fù)位電路，傳感器信號(hào)處理電路，交互電路。中央控制模塊，對(duì)外對(duì)內(nèi)的接口模塊，能夠的到整車上其他部件的指令與狀態(tài)信息，對(duì)內(nèi)，能夠?qū)⒎g過來的指令傳遞給驅(qū)動(dòng)電路，并檢測(cè)控制的效果。

2.功率模塊

電機(jī)控制器的主題是一部逆變器，對(duì)電機(jī)電流和電壓進(jìn)行控制，經(jīng)常選擇的功率器件主要有MOSFET, GTO, IGBT。

3.驅(qū)動(dòng)控制模塊

將中央控制模塊的指令轉(zhuǎn)化為對(duì)逆變器中可控硅的通斷指令，并且可以作為保護(hù)裝置，具備過壓過流等保護(hù)監(jiān)測(cè)功能。

4.傳感器

系統(tǒng)應(yīng)用到的傳感器包括電流傳感器，電壓傳感器，溫度傳感器，電機(jī)轉(zhuǎn)軸角度光感器。

電機(jī)控制器的相關(guān)特點(diǎn)

電機(jī)的工作原理不同，會(huì)直接影響調(diào)控過程的復(fù)雜程度與精確性。

按照控制從易到難排列，分別為直流無刷電機(jī)，永磁同步電機(jī)，開關(guān)阻尼單機(jī)。

電控系統(tǒng)的難易，既包括硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)模大小，造價(jià)高低，同時(shí)也包括軟件算法所能夠?qū)崿F(xiàn)的控制精度的高低，以及為了達(dá)到這個(gè)精度所采用的的策略方法與魯棒性的好壞。

人們期待得到的是硬件結(jié)構(gòu)接單，軟件算法簡潔，控制精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好的控制系統(tǒng)。

控制板分析：控制板主要包括：電源電路、控制芯片，CAN網(wǎng)絡(luò)，旋變電路和各種采樣電路。

電源電路：電源電路主要將12V或者24V電轉(zhuǎn)變成DSP和部分電路所需的電壓，標(biāo)志以變壓器，電解電容，大體積瓷片電容，大體積電感，粗走線為標(biāo)志，一般采用的方案：英飛凌的DSP一般采用英飛凌的電源芯片，部分采用英飛凌的TLF35584；TI的DSP一般采用TI的DSP所推薦的電源芯片。

控制芯片常用DSP，一般為板子上最大的芯片，還有一個(gè)會(huì)使用到FPGA和CPLD與DSP一起使用，常用DSP芯片為英飛凌和TI的，部分低端車型也是用意法半導(dǎo)體的。

CAN網(wǎng)路：以小共模電感為標(biāo)志，這個(gè)容易與旋變電路混肴，我們可以通過判斷附近的IC判斷是否為CAN網(wǎng)絡(luò)。

旋變電路：硬件解碼電路以旋變解碼芯片為標(biāo)志，芯片以ADI的12XX系列芯片為主，如果是軟件解碼，以小共模電感和推挽電路為標(biāo)志，容易與CAN網(wǎng)絡(luò)混肴，CAN網(wǎng)絡(luò)沒有推挽電路。

各種采樣電路：不能直接判斷。

驅(qū)動(dòng)板分析：驅(qū)動(dòng)板上有高壓部分和低壓部分，板子上會(huì)有明顯的隔離帶，驅(qū)動(dòng)部分包括：驅(qū)動(dòng)電源、高壓采樣和驅(qū)動(dòng)電路。

驅(qū)動(dòng)電源：以變壓器為標(biāo)志，不同的方案會(huì)有不同的設(shè)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(gè)，3個(gè)，2個(gè)和1個(gè)的區(qū)別，6個(gè)變壓器，三相上下橋各有一個(gè)變壓器，各個(gè)橋臂上下橋各一個(gè)電源，3個(gè)變壓器，每一相一個(gè)變壓器，2個(gè)變壓器，一般會(huì)是上橋一個(gè)變壓器，下橋一個(gè)變壓器，1個(gè)變壓器是一個(gè)變壓器扮演2個(gè)，3個(gè)和6個(gè)變壓器的作用。其中變壓器越多越有利于PCB布線。

高壓采樣：高壓采樣電路包括多個(gè)高壓采樣電阻和隔離運(yùn)放，高壓采樣電阻一般會(huì)采用1206或者更大封裝，隔離運(yùn)放以安華高的C87A/BT為主。

驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路是將DSP輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過隔離芯片將驅(qū)動(dòng)信號(hào)帶載能力加強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)IGBT，并將故障信號(hào)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，一般后面加推挽電路，現(xiàn)在也有一些更大帶載能力的芯片可供使用。

審核編輯：湯梓紅