電機(jī)控制器在電動(dòng)汽車中的位置和作用

電機(jī)控制器，作為電動(dòng)汽車的核心部件之一，是汽車動(dòng)力性能的決定性因素。它從整車控制器獲得整車的需求，從動(dòng)力電池包獲得電能，經(jīng)過(guò)自身逆變器的調(diào)制，獲得控制電機(jī)需要的電流和電壓，提供給電動(dòng)機(jī)，使得電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩滿足整車的要求。

電機(jī)控制器是連接電機(jī)與電池的神經(jīng)中樞，用來(lái)調(diào)校整車各項(xiàng)性能，足夠智能的電控不僅能保障車輛的基本安全及精準(zhǔn)操控，還能讓電池和電機(jī)發(fā)揮出充足的實(shí)力。

一、電機(jī)控制器在電動(dòng)汽車中的位置和作用

1.?位置

從外部看，一般的電機(jī)控制器最少具備兩對(duì)高壓接口。一對(duì)輸入接口，用于連接動(dòng)力電池包高壓接口；另外一對(duì)是高壓輸出接口，連接電機(jī)，提供控制電源。

至少具備一只低壓接頭，所有通訊、傳感器、低壓電源等等都要通過(guò)這個(gè)低壓接頭引出，連接到整車控制器和動(dòng)力電池管理系統(tǒng)。

低壓連接器

包括電機(jī)控制器的低壓電源和低壓信號(hào)：低壓電源，乘用車以12V為常用，商用車以24V為常用，與車輛小蓄電池相連；CAN信號(hào)，包括整車CAN與內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)，一般有兩路或更多；旋變信號(hào)：與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器相連接，負(fù)責(zé)檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)變壓器裝在電機(jī)端；部分DI和DO，根據(jù)不同的客戶需求進(jìn)行預(yù)留。

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)形成水汽和結(jié)露等。

2 .工作過(guò)程

（1）指令和響應(yīng)

電機(jī)控制器，調(diào)速指令的觸發(fā)信號(hào)，來(lái)自整車控制器的命令。整車控制器一方面體現(xiàn)駕駛員意圖，另一方面從安全和車輛電氣系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)出發(fā)，評(píng)估對(duì)駕駛員的響應(yīng)是否合理，最后執(zhí)行或打折執(zhí)行。駕駛員的意圖通過(guò)加速踏板和制動(dòng)踏板表達(dá)并傳遞給整車控制器。

整車控制器給到電機(jī)控制器的具體指令，與動(dòng)力系統(tǒng)相關(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，改變電源電流、電壓、頻率等參數(shù)，使得電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)符合整車控制器的需要。

（2） 閉環(huán)

電機(jī)控制器自身是一套閉環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)目標(biāo)參數(shù)，檢測(cè)受控函數(shù)值是否到達(dá)預(yù)期，若不相符，反饋給控制器，再次調(diào)整目標(biāo)參數(shù)。經(jīng)過(guò)反復(fù)的閉環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)高精確度的控制。

整車控制器采集車速傳感器，各個(gè)電氣部件溫度、電壓等重要狀態(tài)參數(shù)，判斷整車的綜合情況，是否符合駕駛員提出的需求，同時(shí)不妨礙整個(gè)系統(tǒng)的健康狀況。這個(gè)過(guò)程，是整車層面的閉環(huán)控制。

（3）?改善的方向

一方面，好的控制策略，會(huì)對(duì)控制精度和響應(yīng)速度產(chǎn)生重要影響，因而是研發(fā)人員投入精力的重要領(lǐng)域。

另一方面，隨著各個(gè)部件控制運(yùn)算能力的提升，電動(dòng)汽車的駕乘感受將越來(lái)越“隨心所欲”。

二、 電機(jī)控制器基本組成

電機(jī)控制器系統(tǒng)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。

1.中央控制模塊

包括，PWM波生成電路，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，通過(guò)對(duì)外接口，得到整車上其他部件的指令和狀態(tài)信息。對(duì)內(nèi)，把翻譯過(guò)的指令傳遞給逆變器驅(qū)動(dòng)電路，并檢測(cè)控制效果。

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)電流電壓進(jìn)行控制。經(jīng)常選用的功率器件主要有MOSFET, GTO， IGBT等。

3. 驅(qū)動(dòng)控制模塊

將中央控制模塊的指令轉(zhuǎn)換成對(duì)逆變器中可控硅的通斷指令，并作為保護(hù)裝置，具備過(guò)壓、過(guò)流等故障的監(jiān)測(cè)保護(hù)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)軸角位置傳感器等，根據(jù)設(shè)計(jì)要求增減。

三、好的電機(jī)控制器應(yīng)該什么樣

1 .好的電機(jī)控制器特點(diǎn)

電機(jī)工作原理的不同，直接影響調(diào)控過(guò)程的復(fù)雜程度和精確性。

按照控制從易到難排列，分別是直流無(wú)刷電機(jī)，永磁同步電機(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)。

電控的難易，既包括硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)模大小、造價(jià)高低，也包括軟件算法實(shí)現(xiàn)的控制精度高低和為了達(dá)到這個(gè)精度所采用的策略和方法的魯棒性的好壞。

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

2. 電機(jī)控制器有國(guó)標(biāo)

電動(dòng)汽車電機(jī)和控制器標(biāo)準(zhǔn)，已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：

GB /T 18488.1—2015《電動(dòng)汽車用電機(jī)及其控制器第1 部分: 技術(shù)條件》；

GB /T 18488.2—2015《電動(dòng)汽車用電機(jī)及其控制器第2 部分: 試驗(yàn)方法》。

2015版為最新版本，標(biāo)準(zhǔn)里主要針對(duì)安全性和耐環(huán)境性提出了具體要求，比如各部分的絕緣性耐壓性能以及各種耐環(huán)境性。而電機(jī)的技術(shù)參數(shù)，作為驗(yàn)證項(xiàng)目，只要符合廠家自己的聲明即可。

如下圖：奧迪e-tron三合一動(dòng)力總成控制部分開蓋爆炸圖：

如下圖：奧迪e-tron三合一動(dòng)力總成控制部分內(nèi)部爆炸圖：

（1）驅(qū)動(dòng)板，（2）驅(qū)動(dòng)板支架，（3）高壓母線采樣線束，（4）三相輸出疊層銅排，（5）三相銅排，（6）母線一體霍爾，（7）日立雙面水冷IGBT模塊，（8）疊層母排，（9）出水口蓋板，（10）IGBT冷卻水道，（11）母線電容，（12）正（或者負(fù)）母排，不知道哪個(gè)是正負(fù)，（13）進(jìn)水口蓋板，（14）控制板，（15）電容引腳焊接點(diǎn)，（16）IGBT中間四引腳焊接點(diǎn)，（17）IGBT粗引腳焊接處，（18）IGBT水道另一端蓋板。

不同的廠家的控制器會(huì)有不同，但基本上包括了以上所有部件，只是不同的廠家或者型號(hào)，外形會(huì)有不同。

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(guò)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(méi)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(guò)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。

編輯：黃飛