PUMBAA Контролер за двигател на електрически превозни средства (MCU) PMC10A

Характеристики на контролера за автомобилни двигатели:

(1) Висока производителност: Контролерът има висок капацитет на претоварване при ниски скорости (обикновено повече от два пъти номиналния ток) и широк спектър от слабомагнитни постоянни машинни капацитети при високи скорости.

(2) Висок въртящ момент: Когато началният въртящ момент е голям, контролерът е длъжен да извежда по-голям ток при ниска скорост.

(3) Голяма скорост: В диапазона на по-високите скорости, задвижващата система се нуждае от по-голяма площ с постоянна мощност, следователно, контролерът трябва да има силна слабомагнитна способност.

(4) Висока ефективност: Енергията на новите енергийни превозни средства е ценна, а ефективността на задвижващата система влияе пряко върху пробега, така че високата ефективност на задвижващата система е необходима, за да се сведат до минимум загубите от задвижващата система.

Въведение: Сред „трите електрически системи“ (батерия, мотор, електрическо управление) на електрическите превозни средства (EV), блокът за управление на мотора (MCU) – известен още като контролер на мотора – се нарича „мощният мозък“. Действайки като прецизен командващ елемент, той преобразува електрическата енергия на батерията в механичната енергия на мотора, като директно определя пробега, мощността и шофирането на автомобила. Тази статия ще декодира „техническата парола“ на този основен компонент, като изследва неговата хардуерна структура, принципи на работа и технически практики от водещи автомобилни производители като Tesla и BYD.

I. Контролер на двигателя: „Енергийният мозък“ на електрическия автомобил

Контролерът на двигателя (съкратено „електрическо управление“) е централният възел на електрическата задвижваща система, отговорен за свързването на батерията, двигателя, сензорите и системите от по-горно ниво (напр. Системата за управление на батерията (BMS) и Системата за автономно шофиране (ADS)). Основната му стойност се отразява в три ключови области:

· Оптимизация на ефективността: Чрез прецизно управление на работата на двигателя (напр. полево-ориентирано управление (FOC)), ефективността на двигателя се повишава до над 97%.

· Реакция на мощността: Позволява регулиране на въртящия момент на ниво милисекунди (напр. реакцията от 0,1 секунди на Tesla Model 3) за оптимизиране на ефективността при ускорение/спиране.

· Осигуряване на безопасност: Следи параметри като температура и ток, задействайки защитни механизми (напр. изключване при прегряване), за да предотврати инциденти.

Данните показват, че високопроизводителните контролери на двигатели могат да подобрят пробега на електрическите превозни средства с 5%-15%, да ускорят реакцията на мощността с 0,2-0,5 секунди и да служат като основен двигател за EV технологията в рамките на целите за „двоен въглерод“.

(Схема на принципа на работа)

II. Хардуерна структура на контролера на двигателя: „Невронната мрежа“ от чипове до интерфейси

Хардуерният дизайн на контролера на двигателя трябва да балансира „изчислителната мощност, надеждността и цената“, като основните компоненти включват главен контролен чип, сензорни интерфейси, комуникационни модули, устройство за управление на захранването (PMU) и охладителна система (вижте Фигура 1).

2.1 Основен контролен чип: „Мозъчният чип“ на контролера
Основният управляващ чип е ядрото на контролера на двигателя, определящ неговата изчислителна мощност и прецизност на управление.

2.2 Сензорни интерфейси: Мостове, свързващи „физическия свят“
Контролерът на двигателя трябва да получава данни за състоянието на превозното средство в реално време чрез сензори, с общи интерфейси, включително:
· Сензори за ток: Следят фазовия ток на двигателя (точност ±0,5%), за да изчислят въртящия момент и мощността.
· Сензори за положение: Като резолвери и енкодери, оценяват положението на ротора (с точност ±0,1°), за да осигурят синхронна работа на двигателя.
· Температурни сензори: PT100 платинени резистори или NTC термистори следят температурата на двигателя/контролера (точност ±1°C).
Сензори за напрежение: Следят напрежението на батерията (точност ±0,1 V), за да предотвратят презареждане/преразреждане.

2.3 Комуникационни модули: Ключ към „Интеграция превозно средство-облак“
Контролерът на двигателя комуникира с други системи в превозното средство чрез протоколи като:
·CAN шина: Свързва BMS (управление на батерията), ADS (автономно шофиране) и арматурното табло за предаване на данни (напр. състояние на зареждане (SOC), скорост, кодове за грешки) със скорост 500 kbps.
·Ethernet: Позволява високоскоростно предаване на данни за сензори като HD камери и LiDAR със скорост 1 Gbps.
Безжична комуникация: Поддържа OTA актуализации (например, Tesla използва 4G/5G за актуализиране на алгоритмите за управление на двигателя).

(Микроконтролер)

III. Бъдещи тенденции: „Интелигентизация“ и „интеграция“ на контролерите на двигатели

С развитието на електрическите превозни средства в „интелигентни терминали за мобилност“, функциите и производителността на контролерите на моторите ще продължат да се подобряват. Три ключови тенденции заслужават внимание:

3.1 Интеграция: Унифициран дизайн на „Multi-Domain Fusion“

Традиционните контролери на двигатели, инвертори и сензори са самостоятелни компоненти (обемисти и скъпи). Бъдещите контролери на двигатели ще постигнат интеграция чрез:

· SoC + Интеграция на инвертор: Обединяване на контролера на двигателя с инверторни IGBT/SiC устройства в един чип (напр. електрическата задвижваща система „три в едно“ на Tesla), намаляване на обема с 40% и разходите с 25%.

· Вградени сензори: Интегриране на температурни и токови сензори в контролера на двигателя (напр. ADuCM410 на ADI) за намаляване на външното окабеляване (намалявайки процента на повреди с 30%).

3.2 Висока ефективност: 800V високоволтови платформи и устройства с широка забранена лента

800V високоволтови платформи (напр. Porsche Taycan, XPeng G9) намаляват тока (чрез I=P/UI = P/UI=P/U), за да се минимизират загубите в окабеляването. Приложението на устройства с широка забранена лента (напр. SiC MOSFET) повишава ефективността на контролера на двигателя (SiC устройствата имат 50% по-ниски загуби на проводимост от силициевите IGBT), като по този начин ефективността на електрическото задвижване достига над 98% (напр. контролерът на двигателя Huawei DriveONE постига пикова ефективност от 98,5%).

3.3 Интелигентизация: Коеволюция с автономно шофиране

Контролерите на двигателите ще се интегрират дълбоко със системите за автономно шофиране (ADS), за да затворят цикъла „възприятие-решение-изпълнение“:

· Синергия на възприятието: Получаване на „намерението за шофиране“ от ADS (напр. „ускорение до 80 км/ч за 2 секунди“) за предварително регулиране на въртящия момент на двигателя и избягване на внезапно ускорение.

· Синергия при вземане на решения: Оптимизиране на стратегиите за управление чрез алгоритми за машинно обучение (напр. обучение с подсилване), за да се превключват автоматично режимите на шофиране въз основа на пътните условия.

· Синергия при изпълнение: Поддръжка на „персонализирани режими на шофиране“ (напр. спорт/комфорт/еко) и динамично настройване на параметрите чрез OTA актуализации (напр. „персонализирана крива на въртящия момент“ на Tesla).

(Схема на принципа на работа на микроконтролера)

Заключение

Контролерът на двигателя на електрическото превозно средство е основният хъб, свързващ „електрическа енергия“ и „механична енергия“. Пробивите в структурния му дизайн (напр. многоядрени SoC, SiC устройства) и принципите на работа (напр. FOC алгоритми, рекуперация на енергия) директно са довели до по-голяма ефективност, интелигентност и безопасност на електрическите превозни средства.

В бъдеще, с дълбоката интеграция на интеграционни, високоефективни и интелигентни технологии, контролерите на мотори ще се превърнат в основен фактор за постигане на целите за „двоен въглерод“ в електрическите превозни средства, отваряйки повече възможности за нашата мобилност.