增程式電機(jī)控制器
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-11-11
增程式電機(jī)控制器的實(shí)例教程
0引言
國外關(guān)于增程式驅(qū)動系統(tǒng)的研究開始比較早。寶馬、日產(chǎn)和通用關(guān)于增程式混動方案研究
較早，尤其是通用汽車已有相關(guān)增程式車型在市面上批量銷售。國內(nèi)車廠如長安、吉利、廣汽等，雖然也都在針對增程式混動方案進(jìn)行研究，但是到現(xiàn)在市面上還沒有批量的車型在銷售;互聯(lián)網(wǎng)汽車公司理想ONE車型將增程式混動方案推向市場，給國內(nèi)增程式方案的發(fā)展帶來新希望，并最終獲得大眾的喜愛。
但是，增程式電機(jī)直接與發(fā)動機(jī)曲軸集成連接，發(fā)動機(jī)本身產(chǎn)生的高溫也會傳遞給電機(jī)系統(tǒng)，使其工作環(huán)境非常惡劣，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致電機(jī)控制器溫升過高損壞或者故障，因此開發(fā)增程式電機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵便是有效的熱管理設(shè)計(jì)。
本文正是針對一款增程式電機(jī)控制器的散熱需求，設(shè)計(jì)了增程式電機(jī)控制器及其高效的雙面水冷散熱器，并介紹了該增程控制器整體結(jié)構(gòu)和其散熱器冷卻結(jié)構(gòu)。
為了進(jìn)一步研究其散熱器冷卻效果，分別對該增程式電機(jī)控制器的功率模塊和薄膜電容進(jìn)行了熱仿真研究和臺架溫升測試，通過對比分析可知，本文的增程式電機(jī)控制器散熱器冷卻結(jié)構(gòu)具有良好的散熱效果，能夠滿足在發(fā)動機(jī)周圍長時(shí)間工作的需求，對于同類型增程式控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。
1總體設(shè)計(jì)
1.1控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖1(a)為本文設(shè)計(jì)的增程式二合一發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，電機(jī)控制器位于電機(jī)右上方，電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成，電機(jī)機(jī)殼法蘭面與發(fā)動機(jī)外殼法蘭安裝面連接固定，電機(jī)轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子輪轂與發(fā)動機(jī)曲軸法蘭盤連接，實(shí)現(xiàn)整個增程式電驅(qū)動系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)的集成。
圖1(b)為本文設(shè)計(jì)的增程式電機(jī)控制器。
展開 阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)通過控制氣門開閉時(shí)間實(shí)現(xiàn)對膨脹比和壓縮比的控制，降低了最高燃燒壓力和溫度，減少了NOx的排放和泵氣損失。
圖1 傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)配氣圖解
圖2 阿特金森發(fā)動機(jī)配氣圖解
2.E-REV動力系統(tǒng)及工作模式
增程式電動汽車的驅(qū)動模式可以分為純電動模式、增程模式純電動模式下驅(qū)動電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動車輛行駛，發(fā)動機(jī)不起動，由動力電池提供電力給驅(qū)動電機(jī)進(jìn)而驅(qū)動車輛；增程模式下增程器啟動并處于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)動機(jī)不直接參與驅(qū)動，驅(qū)動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，產(chǎn)生電能用來驅(qū)動電動機(jī)，電池處于一同供電驅(qū)動或充電狀態(tài)，如圖3示。外接充電模式下車輛利用車載充電機(jī)進(jìn)行充電。
圖3E-REV動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.增程式電動汽車控制策略
01
原恒功率控制策略
增程器恒功率控制策略是針對電池的電量SOC進(jìn)行控制，當(dāng)電池S0C值小于給定的最小值時(shí)，進(jìn)人增程模式增程器開始工作，發(fā)動機(jī)工作在效率較高工作區(qū)域內(nèi)的固定工作點(diǎn)上，以恒功率輸出，產(chǎn)生的電能一部分提供給電池，另一部分滿足汽車功率需求；當(dāng)電池SOC大于給定的SOC最大值時(shí)，增程器關(guān)閉，此時(shí)電池組給車輛行駛提供能量。在實(shí)際工程應(yīng)用中，一般控制阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)始終運(yùn)行在最佳燃油消耗區(qū)域內(nèi)比油耗較低的工作點(diǎn)，如圖4中A點(diǎn)所示，紅色粗線表示發(fā)動機(jī)外特性曲線，黑色細(xì)線為燃油消耗率曲線。
圖4 阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)燃油消耗MAP圖
02
原功率跟隨控制策略
在功率跟隨控制策略中，增程模式下，增程器作為車輛主要動力來源，增程器輸出功率跟隨整車的功率需求。當(dāng)增程器最大輸出功率小于整車需求功率時(shí)，動力電池作為次級動力源補(bǔ)充不足的功率。這種控制策略與恒功率控制策略相比減少了動力電池的充放電循環(huán)次數(shù)，有利于延長動力電池的壽命。
展開 圖1 集成式電機(jī)控制器電氣架構(gòu)圖
圖2 集成式電機(jī)控制器接線原理圖
3 元件選型
集成式電機(jī)控制器（MCU） 包括HCU （高壓控制單元）、IGBT逆變器、PDU （電源分配單元） 等3個部分，下面分別介紹。
3.1 HCU
HCU （高壓控制器單元） 主要由電源電路、控制芯片（DSP/FPGA） 及其外圍電路、控制電路、檢測電路、I/0電路、CAN通信電路、傳感器組成，負(fù)責(zé)檢控三合一電機(jī)控制器內(nèi)部元件，以及與外部設(shè)備通信。檢測電路負(fù)責(zé)收集控制器內(nèi)部霍爾傳感器（L1、L2）、電壓傳感器 （V1、V2、V3、V4、V5、V6） 發(fā)出三相電流和接觸器前后端電壓信號，用以判斷當(dāng)前控制器內(nèi)部元件狀態(tài)，以及收集電機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)變壓器、溫度傳感器反饋過來的旋變和溫度信號，了解電機(jī)當(dāng)前狀態(tài)。控制芯片處理檢測電路收集的信號后，通過控制電路對接觸器、IGBT逆變器進(jìn)行控制，以達(dá)到高壓配電和驅(qū)動電機(jī)的作用。
展開 圖1 集成式電機(jī)控制器電氣架構(gòu)圖
圖2 集成式電機(jī)控制器接線原理圖
3 元件選型
集成式電機(jī)控制器（MCU） 包括HCU （高壓控制單元）、IGBT逆變器、PDU （電源分配單元） 等3個部分，下面分別介紹。
3.1 HCU
HCU （高壓控制器單元） 主要由電源電路、控制芯片（DSP/FPGA） 及其外圍電路、控制電路、檢測電路、I/0電路、CAN通信電路、傳感器組成，負(fù)責(zé)檢控三合一電機(jī)控制器內(nèi)部元件，以及與外部設(shè)備通信。檢測電路負(fù)責(zé)收集控制器內(nèi)部霍爾傳感器（L1、L2）、電壓傳感器 （V1、V2、V3、V4、V5、V6） 發(fā)出三相電流和接觸器前后端電壓信號，用以判斷當(dāng)前控制器內(nèi)部元件狀態(tài)，以及收集電機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)變壓器、溫度傳感器反饋過來的旋變和溫度信號，了解電機(jī)當(dāng)前狀態(tài)。控制芯片處理檢測電路收集的信號后，通過控制電路對接觸器、IGBT逆變器進(jìn)行控制，以達(dá)到高壓配電和驅(qū)動電機(jī)的作用。
展開 項(xiàng)目背景
ACR在汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器方面具有熟練的技術(shù)能力，他們目前正在開發(fā)用于EREV(增程式電動車) 的微型柴油發(fā)動機(jī)。海克斯康工業(yè)軟件旗下的Cradle CFD軟件在微型柴油發(fā)動機(jī)的開發(fā)過程中發(fā)揮了重要作用。
ACR在開發(fā)卡車和其他柴油動力車輛的排放控制裝置方面具有很高的技術(shù)能力。用于柴油機(jī)的PM(顆粒物) 排放控制裝置可以分為兩種方式，其中DPF(柴油機(jī)顆粒物過濾器) 方式實(shí)際上是收集燃燒的PM。另一種方式是使用氧化催化劑，如將鉑金利用氧化反應(yīng)來去除PM。ACR PMR是一種用于車輛的PM控制裝置，它符合日本八個地區(qū)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。ACR還生產(chǎn)ACR-EXCAT，一種催化式 的PM控制裝置，用于排放PM水平較低的車輛(圖1) 。ACR NXPR是一種控制氮氧化物和PM裝置，是一款非常受歡迎的產(chǎn)品。
展開 
增程式電機(jī)控制器的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
增程式電機(jī)控制器的最新內(nèi)容
刷式直流電機(jī)驅(qū)動器由定子、轉(zhuǎn)子和電刷三部分組成。定子產(chǎn)生固定磁場，轉(zhuǎn)子攜帶電流在磁場中受力旋轉(zhuǎn)，電刷則負(fù)責(zé)將直流電源引入轉(zhuǎn)子繞組，實(shí)現(xiàn)電流換向。當(dāng)電流通過轉(zhuǎn)子繞組時(shí)，會在磁場中受到安培力的作用，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
刷式直流電機(jī)驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)相對簡單，但具有較高的效率和可靠性。其中，電刷是實(shí)現(xiàn)電流換向的關(guān)鍵部件，通常由碳材料制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐磨性。此外，直流有刷電機(jī)還具有啟動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)
項(xiàng)目背景
ACR在汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器方面具有熟練的技術(shù)能力，他們目前正在開發(fā)用于EREV(增程式電動車) 的微型柴油發(fā)動機(jī)。海克斯康工業(yè)軟件旗下的Cradle CFD軟件在微型柴油發(fā)動機(jī)的開發(fā)過程中發(fā)揮了重要作用。
項(xiàng)目背景
ACR在汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器方面具有熟練的技術(shù)能力，他們目前正在開發(fā)用于EREV(增程式電動車) 的微型柴油發(fā)動機(jī)。海克斯康工業(yè)軟件旗下的Cradle CFD軟件在微型柴油發(fā)動機(jī)的開發(fā)過程中發(fā)揮了重要作用。
ACR在開發(fā)卡車和其他柴油動力車輛的排放控制裝置方面具有很高的技術(shù)能力
項(xiàng)目背景
ACR在汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器方面具有熟練的技術(shù)能力，他們目前正在開發(fā)用于EREV(增程式電動車) 的微型柴油發(fā)動機(jī)。海克斯康工業(yè)軟件旗下的Cradle CFD軟件在微型柴油發(fā)動機(jī)的開發(fā)過程中發(fā)揮了重要作用。
4結(jié)語
本文針對增程式電機(jī)控制器的散熱需求，開發(fā)了一款增程式電機(jī)控制器及其高效雙面冷卻散熱器，并介紹了該增程式電機(jī)控制器的整體結(jié)構(gòu)和其散熱器的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)方案，并對其進(jìn)行了有限元仿真分析，從理論上研究了該散熱器在增程式電機(jī)控制器中的散熱效果。
1 引言 電機(jī)控制器由于原來通過逆變橋調(diào)制輸出正弦波來驅(qū)動電機(jī)的設(shè)備，變成了多種功能的集合體。集成式電機(jī)控制器包括：①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；②IGBT驅(qū)動回路：接收控制信號，驅(qū)動IGBT并反饋狀態(tài)，提供電壓隔離以及保護(hù)；③輔助電源：為控制電路提供電源，為驅(qū)動電路提供隔離電源；④DSP電路：接收整車控制指令，并提供反饋信息，檢測
1 引言 電機(jī)控制器由于原來通過逆變橋調(diào)制輸出正弦波來驅(qū)動電機(jī)的設(shè)備，變成了多種功能的集合體。集成式電機(jī)控制器包括：①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；②IGBT驅(qū)動回路：接收控制信號，驅(qū)動IGBT并反饋狀態(tài)，提供電壓隔離以及保護(hù)；③輔助電源：為控制電路提供電源，為驅(qū)動電路提供隔離電源；④DSP電路：接收整車控制指令，并提供反饋信息，檢測
增程式電動汽車能夠通過外接充電的方式獲取廉價(jià)的電網(wǎng)電能。當(dāng)動力電池的電量充足時(shí)能夠以純電動汽車的方式運(yùn)行，增程式電動汽車通過增程器來延長純電動汽車僅由電池驅(qū)動導(dǎo)致的較短續(xù)航里程。目前混合動力電驅(qū)動系中所用的發(fā)動機(jī)，大多采用傳統(tǒng)的奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)。在上期推文增程式電動汽車中，我們提到阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)的熱效率較高，燃油經(jīng)濟(jì)性較好，越來越多混合動力車采用阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)。高膨脹比阿特金森循環(huán)可以有效提高混合動力汽車發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性
