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更小更智能的电机控制器推动HEV/EV市场

宣布时间:2016年09月07日 15:09    宣布者:eechina
要害词: 电机控制 , ECU , 扭矩控制 , 电机驱动
作者:Amanda Weise,德州仪器模拟半导体混淆旌旗暗记车载产物部产物市场工程师

电机驱动控制的集成与装备智能手艺为电动与混淆动力车辆供应节俭空间和资源的处置赏罚赏罚妄图。

摘要

随着混淆动力车辆/电动车辆(HEV/EV)市场赓续扩年夜,人们关于更高效和智能的电机职位控制的需求也变得越发要害。明天,原始装备制造商(OEMs)比以往任甚么时间辰都更专注于若何增强电机的才干(例如:扭矩控制),同时经由历程诊断保持高度的系统可见性,以此保证时间知晓系统的安康状态。为了到达这些目的,电机职位控制的高度集成处置赏罚赏罚妄图,特殊是电机效力和扭矩控制的处置赏罚赏罚妄图变得相当主要。

前言

随着天下规模的人们对更高动力效力的交通要领的需求增添,HEV/EVs将首当其冲,成为人们主要选择的交通要领。为了更好地明确电动与混淆动力车辆市场的潜力与生长情形,我们弗成防止地要知道在本文中提到的是甚么类型的车辆。在Strategy Analytics[1]的申报中:“2007年到2021年混淆动力车辆系统的需求意料,”将HEV/EV分为四类:

1.    轻度混淆动力
2.    完全混淆动力
3.    插电式混淆动力
4.    纯电动

这些分类的每种均推敲车辆电机的功率和电机在系统中准确担负的义务。例如,在上述申报中,Strategy Analytics将轻度混淆动力车辆归到电机功率小于20kW的那一类。此种电机用于合营内燃发念头的刹车恢复和扭矩赞助功效。一旦你明确了轻度混淆动力与纯电动的权衡,就更容易明确电机职位传感器在该领域的全体有用市场。表1列出了Strategy Analytic申报中界说的系统分类,这些会贯串全文。

表1:Strategy Analytics应用的电动车辆的不合分类。
系统系统界说系统组成
轻度混淆动力系统任何装备一个功率小于20W、为车辆供应刹车恢复和扭矩赞助功效的电机,并与内燃发念头相毗连的系统。混淆动力系统电子控制单元(ECUs)(网罗电机与电池控制器)、配线/电缆、传感器、DC/DC转换器、电池组、其他存储装备。
完全混淆动力系统任何装备一个或多个功率年夜于20W、为车辆供应刹车恢复和推动功率功效的电机,并与内燃发念头相毗连的系统。混淆动力系统电子控制单元(ECUs)(网罗电机与电池控制器)、配线/电缆、传感器、DC/DC转换器、电池组、其他存储装备。
插电式混淆动力系统任何装备一个或多个为车辆供应刹车恢复和推动功率功效的电机,并与内燃发念头相毗连的系统。装备一个更年夜的插电式可充电蓄电池组,用来前进纯电动驾驶的应用率。混淆动力系统电子控制单元(ECUs)(网罗电机与电池控制器)、配线/电缆、传感器、DC/DC转换器、电池组、其他存储装备。
纯电动系统任何装备仅由电池供电的电机,用来给车辆供应推动力的系统。电动车辆系统电子控制单元(ECUs)(网罗电机与电池控制器)、配线、传感器、DC/DC转换器、电机、电池、其他存储装备。
由Strategy Analytics供应的表格[1]

既然我们曾经明确正议论辩说的车辆类型,那就深刻研究市场,以此来更好地明确正在投资HEV/EV车辆的汽车制造商的潜在目的市场。

如表1所示,每部车辆都能够搭载1到4个电机。(搭载4个电机是出于每个轮胎都须要一台电机)。每台应用的电机都将须要搭配合适的系统,以安然高效地驱动与控制这些电机。这些系统须要具有控制可见性和粒度,以完成合适的扭矩与电机控制。切记电机与其控制系统须要的知识,表2(异常来自Strategy Analytics的申报)给2015-2021时代市场上的每种类型车辆的数目一个预计值

表2:Strategy Analytics应用的每种类型车辆的数目
(K-units)2015201620172018201920202021复合增添率(CAGR)
(2015-2021)
轻度混淆动力系统1,3442,0912,7673,3963,9744,5745,13613.70%
完全混淆动力系统2,2772,5972,7342,8872,9222,9513,0202.20%
插电式混淆动力系统3527551,0861,5182,0072,3742,87121.00%
纯电动系统32241954064875685895912.60%
总计4,2955,8617,1278,4509,65810,75811,98710.80%
由Strategy Analytics供应的表格[1]

表2显示出HEV/EV市场的稳固增添和汽车市场对电动处置赏罚赏罚妄图的兴趣。随着需求的增添,原始装备制造商将一连寻觅提升这些车辆性能,并同时增添应用内置诊断、掩护和监控装备增添系统自诊断容易性的措施。

为了明确这一新兴且生长迅猛的市场,明确该领域的汽车制造商所关注的主要驱启航分是相当主要的。首先是使这些车辆能够为他们的电机驱动器(逆变器)供应准确精准的电机控制异常主要。其次是为甚么系统在装备层面的集成对为HEV/EV供应更小、更智能和更有用的处置赏罚赏罚妄图异常要害。

准确精准的电机控制

关于任何车辆,岂论电动与否,电机是驱动车辆前进的动力系统的中央部件。特殊是电动车辆,须要电机的职位信息,网罗角度和速率数据,以保证电机控制系统能够高效准确地使命。由逆变器群集的数据被起劲用来控制和监控每个电机相中的电流情形。控制和调治电机电流的历程就是用来为电机创作缔造扭矩的历程。电动车辆的扭矩控制对客户和汽车制造商均相当主要。扭矩相当主要的主要领域网罗:

1.    在以低速启动电机和爬坡时须要高扭矩
2.    扭矩控制保证车辆高速率巡航时的高功率
3.    加速时的快速的扭矩照顾请求准确的电机控制
4.    准确的电机和扭矩控制完成回馈制动须要的高频率

控制和明确电机中的扭矩使车辆可以为驾驶者向车轮供应更顺滑的动力。准确地明确电机职位是保证合适扭矩控制的要害。经由历程明确电机轴的准一定位和搭载可以凭证电机数据做出决议妄图的智能系统,电动车辆的控制系统能够准确土地算出驾驶者须要的扭矩。控制越准确,用户在处置赏罚赏罚所列的随便任性一种情形时将取得更好的体验。

电动和混淆动力车辆应用的电机控制系统的质朴结构,见图1。意料该系统若何使命的,您可以想象一下作为驾驶员您在驾驶的时间决议改变速率的场景。当你使发念头/电机控制单元(逆变器)加速(或加速)时,车辆的电池供应驱动电机运转的动力。然后,职位感测器(改变变压器)会读取电机的角度信息并将其转化成逆变器系统的微控制器可操作的名堂。该数据一旦传输到微控制器,电机控制系统便可以增添或降低电机扭矩。这些速率的增添或降低以异常的要领被处置赏罚赏罚,而且合适的扭矩会凭证用户的原始输入转到达系统。

image002.jpg
图1:电念头控制单元与职位感测器装备所在

集成

明确了电机控制在HEV/EV驱动系统中的主要性后,我们现在可以查询会见多种当今市场上用来增强控制车辆扭矩系统的措施。

电机控制系统的中央部件是一个逆变器电路板。该部件用来向微控制器、电机驱动器和用来读取和操作群集到的电机信息的传感器接口供应动力。为了能够做到这一点,在车辆的引擎盖下靠近电机的地方为系统装备该电子产物。该电路板的职位给混淆动力和电动车辆制造商带来一对寻衅。

由于每辆车的引擎盖下方的空间已然很无限,是以保证一个妄图具有小型化的结构与封装是相当主要的。为了完成更小的处置赏罚赏罚妄图,电子元件供应商正专注于怎样在一个封装板内集成更多的功效以致更多的器件。现在正引入市场的汽车器件集成一部门完成系统功效所需的元件在一个芯片上(例如旌旗暗记链、通讯或电源)。然后将集成的芯片组合起来用于降低电路板上用来控制电机的元件的数目。

经由历程在一个封装板中集成更多的功效和器件,混淆动力和电动车辆制造商可以镌汰逆变器系统的所有板子尺寸和省去一些不再须要的电子元件的资源。更小和更具资源效力的电子元件层面的处置赏罚赏罚妄图给予原始装备制造商们有益优势,使其不用再为主顾增添资源。

随着市场趋势于集成化,此外一个处置赏罚赏罚的因素是系统的所有智能和毗连性。这现实意味着甚么?当车辆外部的各模块变得加倍严重年夜时,阻拦系统诊断和安康检查是有须要的,以确保他们正常使命。关于HEV/EV电机控制系统,做这些类型的检查将会使电机、驱动电路和职位感测器的安康状态成为已知变量,而系统的运转依附这些变量。仰仗电机系统外部的可见性,假定误差或效果发生,对驱动的评价将更智能与更迅速。更智能的电机控制可以申报控制系统的状态并接纳行动。这样的电机控制系统是HEV/EV市场告成的须要条件。

总结

为汽车系统供应商和汽车制造商够供应更智能、更小型与更节约资源的处置赏罚赏罚妄图是HEV/EV市场的要害。随着该市场迅速扩年夜,电机控制高度集成化的处置赏罚赏罚妄图成为电动车辆增添的焦点肠点。事实,以较低的价钱向主顾供应高性能的系统才是推动该市场向更告成迈进的真正动力。

这些 HEV/EV处置赏罚赏罚妄图网罗:PGA411-Q1扭改变压器接口和C2000™微控制器。您可以在TI的网站上明确更多关于TI HEV/EV处置赏罚赏罚妄图的信息。

参考文献

1.    Mak, K. (2014).混淆动力车辆系统需求意料2007-2021数据文档。Strategy Analytics。
2.    Singh, B., Jain.P., Mittal.A.P., Gupta.J.R.P (2006)。直接扭矩控制:一种适用的电动车处置赏罚赏罚妄图.IEEE, TI虚拟库。
3.    Tashakori, A., Ektesabi, M. (2012) 电动车辆的直接扭矩控制驱动系统。天下工程年夜会纪录文件 2012 Vol II。

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