助力集成式熱管理系統(tǒng)，S32K3多電機控制方案已就位！

本文導讀

汽車熱管理系統(tǒng)就是對汽車進行溫控和冷卻，用來保證汽車各零部件以及駕駛艙內處于適宜的溫度范圍。在新能源汽車上主要表現(xiàn)在電池系統(tǒng)、電驅系統(tǒng)和空調系統(tǒng)的溫度控制上，而各回路系統(tǒng)的水泵作為能量流動的重要角色，因此，做到對三個水泵的靈活控制顯得尤為重要。

隨著低碳經(jīng)濟的提出和節(jié)能減排的號召，“新能源”已經(jīng)成為當今社會的熱點話題，在新能源汽車上更是對車內能源利用率提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在實現(xiàn)各回路熱量與冷量需求的內部匹配。新能源電動汽車熱管理已成為保障車輛寬溫域環(huán)境適應能力、電池熱安全和乘員艙熱舒適性等方面的關鍵技術，同時也對電動汽車的能耗，特別是高低溫環(huán)境下的整車能耗有著顯著影響。隨著車輛電氣化和智能化的快速發(fā)展，與傳統(tǒng)汽車相比，電動汽車熱管理技術和發(fā)展路線在動力系統(tǒng)、空調系統(tǒng)等子熱力系統(tǒng)和整車層面都呈現(xiàn)出了明顯的差異和巨大的進步。

新能源汽車熱管理系統(tǒng)

汽車在行駛工作時，其內部會產(chǎn)生大量的熱量，而熱管理系統(tǒng)便是負責汽車內部熱量的產(chǎn)生和傳輸?shù)葐栴}，將車內熱量控制在合適的范圍內，防止高溫引起汽車故障。

圖1汽車熱管理構成

傳統(tǒng)燃油汽車的熱管理系統(tǒng),基本圍繞其動力系統(tǒng)展開,主要包括發(fā)動機冷卻系統(tǒng)以及主要利用發(fā)動機余熱和動力進行制熱/制冷的空調系統(tǒng)?

對于新能源的熱管理系統(tǒng)，需要具備更復雜的系統(tǒng)，更高的成本，比如相較傳統(tǒng)燃油車，多了電池、電驅電器件，就要多一套的電池冷卻系統(tǒng)，以及增加電動電器件的冷卻系統(tǒng)。新能源汽車熱管理系統(tǒng)包括電池熱管理、電機電控熱管理和空調熱管理。

電池熱管理

動力電池能完全發(fā)揮性能的溫度范圍通常為 0℃~40℃?溫度過低,電池充放電功率性能下降,整車表現(xiàn)出動力不足?續(xù)航縮減;溫度過高會產(chǎn)生電池熱失控風險,威脅整車安全。電池的散熱方式主要有風冷式、液冷式和直冷式。隨電池的能量密度提升，直冷已經(jīng)滿足不了散熱需求了，而液體的比熱容比空氣高，液冷式比風冷式散熱效果更佳，使得液冷成為主流趨勢。

電機電控熱管理

電機和電控是新能源汽車一大發(fā)熱源。溫度控制帶來最佳性能體驗，電機電控零部件產(chǎn)生高溫影響性能，需通過冷卻循環(huán)及時散熱，電機電控零部件工作時產(chǎn)生的熱量若不及時散去會使其性能和壽命下降。

空調熱管理

電動汽車空調系統(tǒng)主要負責汽車乘員艙的熱管理，從而為司乘人員提供舒適的駕駛乘坐環(huán)境，進而保障駕駛員的安全駕駛。
當前電動汽車主要采用的空調系統(tǒng)為壓縮式單冷空調和電加熱器的組合，這種空調系統(tǒng)技術成熟，與燃油車差別不大。目前主要使用的是PTC空調和熱泵空調。

集成式熱管理系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢

目前傳統(tǒng)車熱管理方案已經(jīng)較為成熟，傳統(tǒng)內燃機汽車可以利用發(fā)動機的余熱進行采暖。在電動汽車發(fā)展的初期，各系統(tǒng)的熱管理功能獨立，純電動汽車的空調系統(tǒng)工作所需能量均來自動力電池，無法利用內燃機余熱進行乘員艙的加熱，主要依靠高壓 PTC 進行供暖，在冬季環(huán)境中，會大量消耗電池電量，縮短續(xù)駛里程。這樣的分散式熱管理系統(tǒng)部件眾多，體積及質量大，缺乏對整車熱量的統(tǒng)一管理，熱管理效率較低，系統(tǒng)成本高，但結構簡單，系統(tǒng)控制簡單。

在電動汽車續(xù)駛和整車能耗的壓力下，隨著電動汽車開發(fā)技術的進化，具備更低熱管理能耗、更寬工作溫域、更低系統(tǒng)成本和更緊湊的系統(tǒng)結構的一體化集成熱管理系統(tǒng)成為電動汽車的大勢所趨。該設計對三大系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量進行統(tǒng)一的管理，從而大幅提高車輛整車的熱管理效率，采用更高效的熱泵空調代替PTC作為主要熱源，并采用電機余熱回收或電機發(fā)熱等作為補充熱源來拓展工作溫域。將各系統(tǒng)的加熱功能、冷卻功能集成化，而非分散式熱源。將冷卻管路、控制閥、水泵、膨脹壺等輔助系統(tǒng)部件集成使結構更緊湊。與零散的系統(tǒng)相比可以顯著降低熱管理系統(tǒng)整體所占用的空間和重量。

集成式管理系統(tǒng)可大幅度降低能量損耗，直接提升續(xù)航里程，國外廠商已經(jīng)有6年的驗證搭載周期，目前裝載率僅10%，產(chǎn)業(yè)升級趨勢明確。

助力集成式熱管理系統(tǒng)

新能源汽車熱管理系統(tǒng)核心零部件：換熱器 Chiller、電池冷卻板、電子膨脹閥、電子水泵、水暖 PTC、電動壓縮機、冷凝器、風扇、電子膨脹閥、蒸發(fā)器等。其中水泵是整套系統(tǒng)的心臟，驅動液體在三個系統(tǒng)中流動、交換能量。

圖2新能源車熱管理構成

在這套系統(tǒng)中，水泵幾乎是一直在工作的，因其工作特性，需要工作壽命長且兼顧效率高、噪音低、振動小、質量小等特點。使用FOC算法控制無刷電機，能滿足市場需求。在這套系統(tǒng)中，為確保各個系統(tǒng)的液體流通，需要三個水泵，分別負責每一路液體傳輸?shù)膭恿碓?。對于水泵的驅動和控制，早期方案是單個MCU驅動一個水泵，各個水泵控制是獨立分開的，機車控制中心需要對三個MCU進行數(shù)據(jù)交互，才能完成對水泵的有效控制，導致對整個熱管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理是十分復雜的，并且其后期OTA也是復雜的。

現(xiàn)在推出S32K3多電機控制方案，單個S32K3 MCU就可控制3個水泵，更方便對其進行管理，后期OTA也更加簡單，同時S32K3在安全方面的性能比S32K1更加可靠。

立功科技S32K3多電機控制方案

有效系統(tǒng)控制框圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)控制框圖

功能特性：

支持三個PMSM的無感FOC控制

單板設計，優(yōu)化的電流采樣、方便調試

支持3個PMSM的單、雙電阻FOC

PMSM的功率可達350W

FreeMASTER調試工具已適配三電機方案

支持多路閥門控制

支持多路步進電機控制

支持多路有刷電機控制

只要用戶對新能源汽車還有電池續(xù)航、舒適度、電池快充等需求，集成式熱管理的重要性進一步強化，是未來新能源汽車熱管理的關鍵趨勢。立功科技可提供多電機控制方案，助力集成式熱管理系統(tǒng)開發(fā)。

來源：立功科技

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審核編輯 黃宇