電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)控制趨勢(shì)

電動(dòng)車(chē)零部件市場(chǎng)

近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)（EV）行業(yè)發(fā)展迅速。全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量已達(dá)6萬(wàn)輛。展望7財(cái)年，全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量預(yù)計(jì)將達(dá)到2030，47萬(wàn)輛，約占乘用車(chē)新銷(xiāo)量的8%。50年度中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量為3萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)33年度將超過(guò)2021萬(wàn)輛。

電動(dòng)汽車(chē)比傳統(tǒng)汽車(chē)需要更多的電動(dòng)機(jī)，原因有幾個(gè)。它們需要更換任何皮帶或曲柄/凸輪軸驅(qū)動(dòng)附件，例如泵、壓縮機(jī)和執(zhí)行器。它們還需要用于電子控制冷卻液泵等新系統(tǒng)的電機(jī)。雖然可以使用低成本的有刷直流 （BDC） 電機(jī)，但無(wú)刷直流 （BLDC） 電機(jī)提供了對(duì)電動(dòng)汽車(chē)尤為重要的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：

更高的能源效率

使用正弦控制實(shí)現(xiàn)更安靜的操作

提高可靠性，延長(zhǎng)電機(jī)壽命

以汽車(chē)電子水泵為例，電動(dòng)汽車(chē)的需求比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)更多。電動(dòng)汽車(chē)需要對(duì)三個(gè)新系統(tǒng)實(shí)施溫度控制：高壓電池組、牽引電機(jī)和牽引電機(jī)逆變器電子控制板。每輛電動(dòng)汽車(chē)平均需要三個(gè)電子水泵，電子水泵的成本比傳統(tǒng)的皮帶驅(qū)動(dòng)機(jī)械泵更昂貴。

電動(dòng)汽車(chē)中的冷卻風(fēng)扇

另一個(gè)例子是車(chē)輛中的冷卻風(fēng)扇。傳統(tǒng)燃油車(chē)通常為前置散熱器提供一個(gè) BLDC 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇，但一些配備較大發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)型配備了兩個(gè)。電動(dòng)汽車(chē)最多有三個(gè)散熱器風(fēng)扇。雖然沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻，但它們有助于冷卻高壓電池組和牽引電機(jī)逆變器電子控制板。您可以聽(tīng)到這些風(fēng)扇在 EV 關(guān)閉或?yàn)槠涓邏弘姵亟M充電后繼續(xù)運(yùn)行的聲音。

電動(dòng)汽車(chē)暖通空調(diào)系統(tǒng)中可以使用額外的 BLDC 電機(jī)。傳統(tǒng)燃油車(chē)使用發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶驅(qū)動(dòng)HVAC壓縮機(jī)，但電動(dòng)汽車(chē)需要電子電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。HVAC 系統(tǒng)還需要基于 BLDC 電機(jī)的風(fēng)扇來(lái)循環(huán)氣流。

電動(dòng)汽車(chē)中的熱泵

此外，大多數(shù)現(xiàn)代電動(dòng)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)都支持熱泵的功能（多一個(gè) BLDC 電機(jī)），一些電動(dòng)汽車(chē)包括一個(gè)。熱泵是一種包括電磁膨脹閥和用于熱交換的制冷劑管路的系統(tǒng)，其工作方式類(lèi)似于反向的空調(diào)。熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行效率可以比電阻元件正溫度系數(shù)（PTC）加熱器高3至4倍。但是，它只能在>-20°C的環(huán)境中工作良好。

PTC加熱也常用于電動(dòng)汽車(chē)車(chē)廂加熱，可在任何溫度下工作。雖然它在將能量轉(zhuǎn)化為熱量方面幾乎100%有效，但PTC的最大缺點(diǎn)是它消耗大量的電池能量。使用PTC加熱器可以顯著縮短電動(dòng)汽車(chē)在寒冷環(huán)境中需要為電池充電之前的行駛距離。

熱管理系統(tǒng)（TMS）是電動(dòng)汽車(chē)的新趨勢(shì)。它們將HVAC系統(tǒng)的控制（包括加熱和冷卻壓縮機(jī)，空氣循環(huán)風(fēng)扇，膨脹閥和執(zhí)行器）與高壓電池組和牽引電機(jī)逆變器板的溫度控制（包括熱回收和再利用）相結(jié)合并協(xié)調(diào)。TMS可以顯著增強(qiáng)電動(dòng)汽車(chē)的整體功能，TMS的市場(chǎng)潛力非常大。這種復(fù)雜的控制系統(tǒng)還需要ISO26262功能安全和AUTOSAR?支持。

總之，電動(dòng)汽車(chē)中有更多的 BLDC 電機(jī)，因此需要更多的電機(jī)控制 MCU。眾所周知，電動(dòng)汽車(chē)對(duì)半導(dǎo)體的要求非常高，包括電機(jī)控制MCU。以下是一些基本要求：

高 CPU 時(shí)鐘頻率

電機(jī)控制專(zhuān)用外設(shè)

AEC Q100 0 級(jí)認(rèn)證（-40°C 至 +150°C）

功能安全和自動(dòng)SAR支持

用于電機(jī)控制的 dsPIC33CK 數(shù)字信號(hào)控制器 （DSC）

Microchip的dsPIC33CK數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）專(zhuān)為電機(jī)控制而設(shè)計(jì)。它們具有獨(dú)特的混合內(nèi)核（MCU 和 DSP 組件），支持高效的 DSP 指令執(zhí)行，而無(wú)需承擔(dān) DSP 芯片的高成本。DSC 集成了內(nèi)部高精度 RC 振蕩器和許多高性能模擬外設(shè)，包括具有 12.3 ENOB 的 5 位 ADC （10.5 Msps）、用于基準(zhǔn)電壓源的具有 15 位 DAC 的快速 12ns 模擬比較器和高精度運(yùn)算放大器。這些減少了客戶電機(jī)控制板上的外部組件，從而節(jié)省了空間和成本。

DSC DSC 可在 -40°C 至 +150°C 的寬環(huán)境溫度范圍內(nèi)工作。 此外，其AEC Q-100 0級(jí)汽車(chē)認(rèn)證使其非常適合汽車(chē)和工業(yè)電機(jī)控制應(yīng)用。設(shè)計(jì)中包含許多安全功能，如 DMT、WWDT、FLASH OTP 等，以提高功能安全性。結(jié)合Microchip的功能安全手冊(cè)、FMEDA報(bào)告和動(dòng)態(tài)診斷代碼，dsPIC33CK DSC可以幫助客戶簡(jiǎn)化獲得功能安全I(xiàn)SO 26262認(rèn)證的流程。

此外，Microchip還提供非常全面的電機(jī)控制硬件開(kāi)發(fā)工具和軟件算法支持的生態(tài)系統(tǒng)。例如，稱(chēng)為 motorBench? 開(kāi)發(fā)套件的免費(fèi)軟件圖形用戶界面 （GUI） 使您能夠使用磁場(chǎng)定向控制 （FOC） 算法在幾分鐘內(nèi)啟動(dòng)和運(yùn)行 BLDC 電機(jī)。另一個(gè)名為X2C-Scope的免費(fèi)工具是電子示波器，它極大地方便了調(diào)試電機(jī)操作或PC上的任何應(yīng)用程序代碼。

dsPIC33通道雙核DSC電機(jī)控制

Microchip的dsPIC33CH雙核DSC非常適合將多個(gè)基于BLDC電機(jī)的水泵和/或冷卻風(fēng)扇的控制組合到一個(gè)控制器中，以節(jié)省資金和空間。這些 DSC 具有兩個(gè)運(yùn)行頻率高達(dá) 100 MHz 的獨(dú)立內(nèi)核，以及支持兩個(gè)或三個(gè) BLDC 電機(jī)所需的所有電機(jī)控制外設(shè)。

審核編輯：郭婷