新能源電機(jī)控制系統(tǒng)的案例
新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制系統(tǒng)
新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制系統(tǒng)
新能源電機(jī)控制系統(tǒng)EMC如何帶載測(cè)試
背景
新能源汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)，動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)生截然不同的改變，由新能源汽車(chē)的三電系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。三電系統(tǒng)就是指動(dòng)力電池系統(tǒng)、電驅(qū)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)，其核心技術(shù)在于電池管理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和電控管理。
新能源汽車(chē)的時(shí)代即將到來(lái)，有鑒于國(guó)內(nèi)缺乏相關(guān)的電磁兼容測(cè)試能力，為此上海樂(lè)來(lái)投入資金、人力建立起上海第一間具備三電系統(tǒng)電磁兼容測(cè)試能力的EV motor電磁兼容實(shí)驗(yàn)室。
上汽集團(tuán)-榮威e50
2.什么是EV motor電磁兼容暗室
EV motor電磁兼容暗室與傳統(tǒng)的汽車(chē)零部件暗室相比增加了測(cè)功機(jī)系統(tǒng)、電池模擬器系統(tǒng)和DUT(被測(cè)件)冷卻/加熱系統(tǒng)等。
3.驅(qū)動(dòng)軸的電磁屏蔽設(shè)計(jì)
在CISPR 25:2016版及中國(guó)國(guó)標(biāo)即將發(fā)布的最新版GB18655中的輻射發(fā)射測(cè)試和傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試測(cè)試，都同時(shí)增加新能源汽車(chē)的關(guān)鍵零部件『驅(qū)動(dòng)電機(jī)』的帶載測(cè)試，此帶載測(cè)試需能分別實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)加載及發(fā)電加載等兩種工況。且在標(biāo)準(zhǔn)中建議的加載方式為使用穿墻軸的測(cè)功機(jī)。此時(shí)，測(cè)功機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)將是一大難點(diǎn)與挑戰(zhàn)。因?yàn)楸仨毐ＷC穿墻的驅(qū)動(dòng)軸能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試配置的距離要求、保證暗室仍有良好的屏蔽性能、保證安全的高轉(zhuǎn)速高扭矩測(cè)試工況、保證驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)積累靜電荷、避免驅(qū)動(dòng)軸的天線(xiàn)效應(yīng)等致關(guān)重要的幾點(diǎn)考慮。
3.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的加載模式：N/T, T/N.
N/T模式：轉(zhuǎn)速扭矩模式，測(cè)功機(jī)提供轉(zhuǎn)速，電機(jī)提供扭矩。T/N模式：扭矩轉(zhuǎn)速模式，電機(jī)提供轉(zhuǎn)速，測(cè)功機(jī)提供扭矩。無(wú)論是N/T模式，還是T/N模式，測(cè)功機(jī)的限值監(jiān)控顯得相當(dāng)重要，防止誤操作導(dǎo)致測(cè)功機(jī)飛車(chē)。
4.高低壓耦合測(cè)試
高低壓耦合測(cè)試是CISPR 25:2016版標(biāo)準(zhǔn)中增加了一項(xiàng)測(cè)試，它包括兩種方法：S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)分析儀法和注入法，其中注入法包括傳導(dǎo)電壓發(fā)射法、傳導(dǎo)電流發(fā)射、輻射發(fā)射法.
展開(kāi) 汽車(chē)專(zhuān)題第六期 |新能源汽車(chē)—電機(jī)篇（二）
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12.新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類(lèi)、結(jié)構(gòu)及工作原理介紹
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13.新能源汽車(chē)四種常用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)詳解
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14.新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子幾種常見(jiàn)的扁線(xiàn)繞組型式
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視頻
1.新能源汽車(chē)——電機(jī)控制器介紹
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主要內(nèi)容：
1.電機(jī)控制器
2.商用車(chē)電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)
3.乘用車(chē)電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)
4.電機(jī)控制器控制技術(shù)
5.電機(jī)控制器行業(yè)特點(diǎn)
2.同步磁阻電機(jī)—電氣世界的新巨人
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主要內(nèi)容：介紹同步電機(jī)的物理、設(shè)計(jì)、功能
3.非常詳細(xì)的伺服電動(dòng)機(jī)原理講解，帶你快速入門(mén)伺服系統(tǒng)！
展開(kāi) 新能源汽車(chē)電機(jī)控制器
圖3
圖4
同時(shí)也有如圖5所示，把整個(gè)控制電路和驅(qū)動(dòng)電路放在一塊PCB板上，當(dāng)然這樣也會(huì)進(jìn)行高低壓區(qū)分布板，如圖5中靠近三相出線(xiàn)處為高壓部分，主要為驅(qū)動(dòng)電路；另一端導(dǎo)熱膠墊上部為控制部分，主要為低壓電路。
圖5
下面對(duì)硬件部分主要零件關(guān)鍵技術(shù)及行業(yè)趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：
說(shuō)到關(guān)鍵零件第一個(gè)要介紹的肯定是IGBT模塊，它作為整個(gè)功率變換中心，占整個(gè)控制器成本的一半左右。IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR（電力晶閘管）的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。
IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片）與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過(guò)特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品；封裝后的IGBT模塊直接應(yīng)用于電機(jī)控制器、變頻器、UPS不間斷電源等設(shè)備上；目前IGBT主要的幾種封裝形式如圖6所示，單管IGBT,表貼式IGBT,雙面水冷IGBT等，同時(shí)根據(jù)目前新能源汽車(chē)整體的發(fā)展趨勢(shì)，高功率密度，高效率，輕量化等方向，IGBT封裝也在朝雙面水冷，SiC，GaN等方向發(fā)展。
圖6
第二個(gè)要介紹的是主控板上主控芯片（DSP），它作為電機(jī)控制器整個(gè)產(chǎn)品的控制核心，在整個(gè)PCB板上單個(gè)元器件的成本也是比較高的，目前行業(yè)比較主流的幾個(gè)品牌有英飛凌、TI、飛思卡爾等，根據(jù)新能源汽車(chē)行業(yè)功能安全要求，三個(gè)品牌目前都已有滿(mǎn)足功能安全要求的汽車(chē)級(jí)產(chǎn)品，當(dāng)然目前乘用車(chē)行業(yè)市占率相對(duì)比較高的芯片還是英飛凌的TC 275系列，目前已有好幾家企業(yè)達(dá)到了ASIL C及以上功能安全等級(jí)。
展開(kāi) 
新能源電機(jī)(MOT)整體控制
今天，首先對(duì)新能源電機(jī)整體控制進(jìn)行詳細(xì)介紹。
電機(jī)控制是在電機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，所以想要弄清楚電機(jī)控制的方向，首先對(duì)電機(jī)本體要有深入的理解。作為過(guò)來(lái)人，本人碩士畢業(yè)后最大的感觸是研究生階段研究方向固然重要，但并不是最重要的那個(gè)，相對(duì)于研究方向，對(duì)研究的具體對(duì)象(硬件實(shí)物)的深入理解以及在這個(gè)過(guò)程中磨煉的各種思考和拓展能力才是最重要的！
一、什么是電機(jī)？
用通俗易懂的話(huà)來(lái)說(shuō)：電機(jī)就是“能量轉(zhuǎn)換裝置”，能將某種能量轉(zhuǎn)換成“動(dòng)能”的機(jī)械裝置，如下圖所示：
↑電機(jī)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)圖
二、電機(jī)分類(lèi)
電機(jī)按照大類(lèi)分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，然后直流電機(jī)與交流電機(jī)可再細(xì)分。比如直流電機(jī)可以分為串勵(lì)直流電機(jī)、并勵(lì)直流電機(jī)、復(fù)勵(lì)直流電機(jī)；交流電機(jī)可分為異步電機(jī)、同步電機(jī)。目前新能源汽車(chē)上用的最多的就是交流同步電機(jī)了，其中以永磁同步電機(jī)應(yīng)用最廣泛。詳細(xì)的分類(lèi)請(qǐng)參照下圖，不在贅述。
↑電機(jī)詳細(xì)分類(lèi)
三、交流同步電機(jī)構(gòu)造及工作原理
構(gòu)造：
轉(zhuǎn)子包括：端面板、轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸、磁鐵等。
↑電機(jī)轉(zhuǎn)子展開(kāi)圖
定子包括：定子核心、磁體線(xiàn)束、端子、絕緣體等。
↑電機(jī)定子展開(kāi)圖
工作原理：
驅(qū)動(dòng)時(shí)，在Ｕ、Ｖ、Ｗ3個(gè)線(xiàn)圈里電流如果按照Ｕ→Ｗ→Ｖ→Ｕ→Ｗ→Ｖ→Ｕ??的順序流過(guò)，則中間的磁體會(huì)向右旋轉(zhuǎn)。如果順序相反，則向左旋轉(zhuǎn)。改變電流大小和方向，則扭矩會(huì)發(fā)生變化。
↑驅(qū)動(dòng)時(shí)，電機(jī)工作原理簡(jiǎn)圖
回收時(shí)，在線(xiàn)圈附近磁體會(huì)移動(dòng)并在線(xiàn)圈上產(chǎn)生磁場(chǎng)，繼而產(chǎn)生電流流動(dòng)(發(fā)電)；此時(shí)產(chǎn)生的電壓稱(chēng)為誘發(fā)電壓。
↑回收時(shí)，電機(jī)工作原理簡(jiǎn)圖
在以上電機(jī)本體初步理解之后，我們?cè)倏纯?em>電機(jī)控制系統(tǒng)整體是怎樣的？
整體：從整車(chē)控制器(VCU)接收扭矩指令后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器(電機(jī)ECU)內(nèi)部完成VCU發(fā)出的扭矩指令的過(guò)程。
展開(kāi) 電機(jī)控制器技術(shù)及趨勢(shì)-新能源
1.3 電機(jī)控制器基本原理
電機(jī)控制器基本功能：通過(guò)逆變橋調(diào)制輸出正玄波來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，多合一的控制器包括
配電回路：為集成控制器各部分提供配電，如TM接觸器、熔斷器、電空調(diào)回路供電、電除霜回路供電等等；
IGBT驅(qū)動(dòng)回路：接收控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)IGBT并反饋狀態(tài)，提供電壓隔離以及保護(hù)；
輔助電源：為控制電路提供電源，為驅(qū)動(dòng)電路提供隔離電源；
DSP電路：接收整車(chē)控制指令，并提供反饋信息，檢測(cè)電機(jī)系統(tǒng)傳感器信息，根據(jù)指令傳輸電機(jī)控制信號(hào)；
結(jié)構(gòu)與散熱系統(tǒng)：為電機(jī)控制器提供散熱，提供控制器安裝支持，提供控制器安全防護(hù)。
電機(jī)控制器熱設(shè)計(jì)
整車(chē)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，工況比較惡劣，對(duì)熱設(shè)計(jì)提出很高要求：
仿真試驗(yàn)需要多層次：
系統(tǒng)級(jí)（主要側(cè)重于控制器系統(tǒng)級(jí)的熱包括水道設(shè)計(jì)合理性以及控制級(jí)內(nèi)部環(huán)溫仿真，系統(tǒng)級(jí)仿真包括模塊級(jí)的模型）
模塊級(jí)（關(guān)鍵部件模型電容，銅牌的仿真，通過(guò)密度、熱流密度從而仿真電容的溫度）
單板級(jí) （仿真單板環(huán)境溫度、單板上關(guān)鍵零件散熱，目的是為了精確單板某個(gè)關(guān)鍵器件的散熱，比如單板放了一些關(guān)鍵電阻。
展開(kāi) 新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器解析
驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)三大核心系統(tǒng)之一，是車(chē)輛行駛的主要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特性決定了車(chē)輛的主要性能指標(biāo)，直接影響車(chē)輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和用戶(hù)駕乘感受。驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器(MCU)構(gòu)成，通過(guò)高低壓線(xiàn)束、冷卻管路與整車(chē)其他系統(tǒng)連接。
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