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电机控制在电动汽车(EV)中的使用趋势

放大字体 缩小字体 发布日期:2022-08-26 18:01:21   来源:新能源汽车网  编辑:全球新能源汽车网  浏览次数:9110
核心提示:2022年08月26日关于电机控制在电动汽车(EV)中的使用趋势的最新消息: BLDC 电机在 EV 中的使用日益增多,因此对电机控制 MCU 的需求也随之增加。下面我们将介绍这一趋势的形成原因,以及 Microchip 面向汽车和 EV BLDC 电机控

BLDC 电机在 EV 中的使用日益增多,因此对电机控制 MCU 的需求也随之增加。下面我们将介绍这一趋势的形成原因,以及 Microchip 面向汽车和 EV BLDC 电机控制的 dsPIC33C 数字信号控制器(DSC)。
电动汽车元器件市场
近年来,电动汽车(EV)行业发展迅猛。 EV 销量已达 670 万辆。展望2030 年, EV 销量有望达到 4780 万辆,在新乘用车销量中的占比将达到 50%左右。2021 年,中国 EV 销量为 333 万辆,预计在 2022 年将超过 600 万辆。
出于以下几个原因,EV 对电动机的需求高于传统汽车。EV 需要取代所有皮带或曲柄/凸轮轴驱动的配件,如泵、压缩机和执行器。此外,还需要采用能够适配各种新系统(如电子控制冷却剂泵)的电机。虽然可以使用成本较低的有刷直流(BDC)电机,但无刷直流(BLDC)电机具有对 EV 特别重要的关键优势:
能源效率更高
使用正弦波控制,运行更安静
可靠性更高,电机寿命更长
以汽车电子水泵为例,EV 比传统内燃机汽车更需要电动机。一辆 EV 需要对三个新系统进行温度控制:高压电池组、牵引电机和牵引电机逆变器电子控制板。每辆 EV 平均需要三个电子水泵,而电子水泵的成本比传统的皮带驱动型机械泵更高。
电动汽车中的冷却风扇
另一个示例是汽车中的冷却风扇。传统燃油汽车通常为前置散热器提供一个BLDC 发动机冷却风扇,但一些发动机较大的车型会配备两个。EV 多需要配备三个散热器风扇。虽然没有发动机需要冷却,但这些风扇有助于冷却高压电池组和牵引电机逆变器电子控制板。在 EV 熄火后或在为其高压电池组充电时,仍然可以听到这些风扇在继续运行。
在 EV HVAC 系统中,还可以使用额外的 BLDC 电机。传统燃油汽车使用发动机皮带驱动 HVAC 压缩机,但 EV 需要使用电动机来直接驱动压缩机。HVAC 系统还需要使用由 BLDC 电机驱动的风扇来实现空气循环流动。
电动汽车中的热泵
此外,大多数现代电动压缩机的结构都支持热泵的功能(增加一台 BLDC 电机),一些 EV 也配备一个热泵。热泵系统包含电磁膨胀阀和用于热交换的制冷剂管道,其工作原理与空调的反向模式类似。热泵系统的优点是,工作效率可以达到阻性元件正温度系数(PTC)加热器的 3 到 4 倍。然而,热泵仅在温度高于-20°C 的环境下表现良好。
PTC 加热器也常用于 EV 驾驶室加热,在任何温度下都能正常工作。虽然在将电能转化为热能方面,PTC 加热器的效率几乎是百分之百,但其的缺点是会消耗大量的电量。在寒冷的环境中,使用 PTC 加热器会更加耗电,EV 需要更加频繁地给电池充电,而且每次充满电后的行驶里程也会大幅缩减。
热管理系统(TMS)是 EV 的新趋势。TMS 可以合并和协调 HVAC 系统(包括加热和冷却压缩机、空气循环风扇、膨胀阀和执行器)的控制与高压电池组和牵引电机逆变器板的温度控制(包括热回收和再利用)。TMS 可以显著提高 EV 的整体功能,其市场潜力非常可观。这种复杂的控制系统还需要符合 ISO26262 功能安全标准和AUTOSAR?规范的要求。
总之,BLDC 电机在 EV 中的使用日益普遍,因此对电机控制 MCU 的需求也不断增加。众所周知,EV 对半导体的要求非常高,其中包括电机控制 MCU。以下是一些基本要求:
高 CPU 时钟频率
电机控制专用外设
AEC Q100 0 级(-40°C 至+150°C)
?符合功能安全标准和 AUTOSAR 规范的要求
面向电机控制的 dsPIC33CK 数字信号控制器(DSC)
Microchip 的 dsPIC33CK 数字信号控制器(DSC)专为电机控制而设计。它们具有独特的混合内核(MCU 和 DSP 元件),支持高效的 DSP 指令执行,而无需承担DSP 芯片的高成本。DSC 集成了内部高精度 RC 振荡器和许多高性能模拟外设,包括具有 10.5 ENOB 的 12 位 ADC(3.5 Msps)、快速的 15 ns 模拟比较器以及用于参考电压和高精度运算放大器的 12 位 DAC。这些外设可减少客户电机控制板上的外部元件,从而节省空间和成本。
dsPICDSC 的工作温度范围宽达-40°C 至+150°C。此外,其获得了 AEC Q-100 0级汽车,因此非常适用于汽车和工业电机控制应用。其设计中包含许多安全特性,如 DMT、WWDT 和闪存 OTP 等,可提高功能安全性。结合 Microchip 的功能安全手册、FMEDA 和动态诊断代码,dsPIC33CK DSC 可以帮助客户简化获得 ISO26262 功能安全的过程。
此外,Microchip 还提供十分全面的电机控制硬件开发工具和软件算法支持生态系统。例如,借助名为 motorBench?开发套件的软件图形用户界面(GUI),几分钟内即可使用磁场定向控制(FOC)算法启动和运行 BLDC 电机。另一款工具名为 X2C-Scope,这是一个电子示波器,可十分方便地在 PC 上调试电机操作或任何应用程序代码。
面向电机控制的 dsPIC33CH 双核 DSC
Microchip 的 dsPIC33CH 双核 DSC 非常适合用于将多个 BLDC 电机驱动的水泵和/或冷却风扇的控制装置合并为一个控制器,从而节省成本和空间。这类 DSC 有两个独立的内核,每个内核的运行频率达 100 MHz,配备的电机控制外设能够满足两到三个 BLDC 电机的需求。
 


 
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