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新型电机控制技术用于电动汽车的机遇与挑战

作者:于寅虎时间:2014-09-03来源:电子产品世界

  编者按:随着中国政府关于新能源汽车扶持政策的逐步实施,中国正迎来(EV)产业的发展黄金时期,相对燃油汽车而言,纯的动力装置主要由驱动电机、调速、动力电池、车载充电器这四大部件构成,因此技术半导体解决方案供应商同样面临着巨大的市场机遇。本刊采访到若干半导体技术解决方案供应商的代表,详细分析了领域技术的发展趋势和走向,总结出未来一段时间的市场热点,希望可以让业界电机控制系统设计工程师大有收获。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/262543.htm

  相对于传统汽车用汽油发动机提供动力,电动汽车则需要靠电动机来驱动,它的时速快慢和启动速度取决于驱动电机的功率和性能。纯电动汽车的驱动电机有直流有刷、无刷、有永磁、电磁之分,再有交流步进电机等,它们的选用也与整车配置、用途、档次有关。另外驱动电机之调速控制也分有级调速和无级调速,有采用电子调速和不用调速之分。电动机有轮毂电机、内转子电机、有单电机驱动、多电机驱动和组合电机驱动等。

  高可靠性和精度控制是电动汽车电机的两个主要特征

  国际整流器公司应用工程部高级经理Wibawa Chow:电机需要在几秒内将汽车从静止状态驱动至一定的行驶速度,这一点与采用内燃机的汽车相似。控制该电机的电力电子控制单元需要具有极高的峰值电流能力,用以产生最大量的扭矩来移动汽车。

  在汽车的使用寿命内,该过程会重复几千次。需要超高可靠性功率半导体器件来处理这些严厉要求。这些器件还需要精度控制,以便实现高峰值电流性能,但同时又要能够在过载或异常条件下保护它自己。

  IR拥有专门的汽车事业部,为汽车消费者服务。我们的产品通过了ASE Q-101功率分立器件和ASE Q-100功率集成电路器件认证,具有最高的可靠性,从而实现了要求最严苛的汽车应用。

  电动汽车内的电机控制需要更高的安全性、可靠性和稳定性

  英飞凌科技(中国)有限公司中国区汽车电子事业部市场总监杜曦:汽车电子技术是推动汽车产业发展的核心动力之一,尤其是电动汽车,其绝大部分的创新都来源于汽车电子技术及其产品的开发应用。

  安全是用户对汽车的首要需求,同时汽车用电机的工作环境极为苛刻,必须满足低温至零下40度,高温至125度的温度范围,因此和传统工业应用相比,电动汽车内的电机控制需要精确的力矩控制,动态性能较好,更高的安全性、可靠性和稳定性。

  此外,为了节省更多空间以满足乘客舒适度的需求,电机控制产品也需要将尺寸做得更小,模块的小型化趋势为此提供了保障。

  作为全球最大的IGBT芯片及模块供应商,英飞凌可以为电动汽车的主要核心电子电器模块提供完整的解决方案,包括电机驱动、电池管理、高压辅助系统如DC/DC、车载充电器以及整车控制器。

  英飞凌是唯一一家可提供给客户从低压12V、48V到高压上百伏汽车级功率器件的汽车电子供应商,相应地应用于弱混、中混、强混、到插电式和纯电驱动汽车,同时我们即将推出的下一代多核处理器芯片AURIX,可以支持符合最高安全等级ASIL-D标准的系统设计。英飞凌拥有最为先进的半导体制造工艺,全球范围内装有英飞凌HybridPACKTM模块的新能源汽车在2012年已经完成了累计20万公里行驶,并到迄今为止保持了零缺陷的记录。

  英飞凌的未来策略是继续利用其完整产品线的优势,力图为客户提供系统级的支持,包括提供基于宽广产品线的一站式服务,以及建立对客户产品的深刻理解并提供相应的系统级技术支持。

  帮助在电机控制方面经验有限的供应商建立未来需要解决方案

  德州仪器中国区市场开发高性能模拟产品业务拓展经理信本伟:实际上如今的汽车(平均超过40%)有很多电机,你会发现许多非电动汽车诸如汽油和混合动力汽车会进一步变的电动化。

  促进这一发展的的主要原因是,人们想将泵、电扇、增压器和压缩机从内燃机电源上移除。这些“配件”电机可以通过使用电机实现(而不是通过带传动或液压传动),“配件”电机提供燃料、润滑剂和制冷等等,使你的汽车赖以运行。在这方面TI坚定承诺,会帮助在电机控制方面经验有限的供应商建立未来需要的控制和驱动解决方案。

  整车厂商与汽车电子解决方案供应商的合作将是一大趋势

  ADI市场经理张松刚:就电机控制而言,对电动汽车的电机要求能实现低速大扭矩,特别是在零速下依然能提供扭矩,这些要求更精确的矢量控制,对不同类型的电机也会采用不同的算法。另外,车规及宽温度范围也是新的要求。同样,在电动汽车的控制中,充电及电源管理也将与动力电机的控制紧密结合。ADI可以提供完整的电机控制解决方案,包括了处理器、电流检测、隔离及驱动,所有这些都可提供汽车级或符合车规的产品。

  相关半导体厂商的科技创新,是新能源汽车发展不可或缺的推动力量。就中国新能源汽车未来的发展而言,整车厂商与汽车电子解决方案供应商的合作将是一大趋势。ADI深耕中国市场,从整个产业链上下功夫,配合众多电池管理厂商,一起服务零部件供应商和车厂。

  更高能效的直接转矩控制在某些应用中更受青睐

  安森美半导体系统方案部智能电源方案分部功率器件产品营销经理Rakesh Parekh:电动汽车(使用电池而非汽油工作)的本质就是需要在燃料泵、油泵、水泵、汽车空调(HVAC)、雨刷、车门、升窗器等等汽车应用中使用高能效的BLDC及PMSM电机,而不是传统上使用的直流电机或步进电机。

  由于这类汽车的电池充电时间以及每次充电后能驾驶的里程是影响电动汽车市场增长的主要因素,原设备制造商(OEM)坚持在电动汽车中使用最高能效的电机算法,以充分节省能耗,因而延长每次充电周期的行驶里程。在电动汽车控制算法方面,更高能效的直接转矩控制(DTC)在某些应用中可能比FOC更受青睐。安森美半导体着重提供更高集成度的智能及高能效产品,如系统级芯片(SoC)类型的方案,用于电机控制市场。

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