新型電機控制技術(shù)用于電動汽車的機遇與挑戰(zhàn)

　　編者按：隨著中國政府關(guān)于新能源汽車扶持政策的逐步實施，中國正迎來電動汽車(EV)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展黃金時期，相對燃油汽車而言，純電動汽車的動力裝置主要由驅(qū)動電機、調(diào)速控制器、動力電池、車載充電器這四大部件構(gòu)成，因此電機控制技術(shù)半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商同樣面臨著巨大的市場機遇。本刊采訪到若干電機控制半導(dǎo)體技術(shù)解決方案供應(yīng)商的代表，詳細(xì)分析了電動汽車領(lǐng)域電機控制技術(shù)的發(fā)展趨勢和走向，總結(jié)出未來一段時間的市場熱點，希望可以讓業(yè)界電機控制系統(tǒng)設(shè)計工程師大有收獲。

　　相對于傳統(tǒng)汽車用汽油發(fā)動機提供動力，電動汽車則需要靠電動機來驅(qū)動，它的時速快慢和啟動速度取決于驅(qū)動電機的功率和性能。純電動汽車的驅(qū)動電機有直流有刷、無刷、有永磁、電磁之分，再有交流步進(jìn)電機等，它們的選用也與整車配置、用途、檔次有關(guān)。另外驅(qū)動電機之調(diào)速控制也分有級調(diào)速和無級調(diào)速，有采用電子調(diào)速控制器和不用調(diào)速控制器之分。電動機有輪轂電機、內(nèi)轉(zhuǎn)子電機、有單電機驅(qū)動、多電機驅(qū)動和組合電機驅(qū)動等。

　　高可靠性和精度控制是電動汽車電機的兩個主要特征

　　國際整流器公司應(yīng)用工程部高級經(jīng)理Wibawa Chow：電機需要在幾秒內(nèi)將汽車從靜止?fàn)顟B(tài)驅(qū)動至一定的行駛速度，這一點與采用內(nèi)燃機的汽車相似?？刂圃撾姍C的電力電子控制單元需要具有極高的峰值電流能力，用以產(chǎn)生最大量的扭矩來移動汽車。

　　在汽車的使用壽命內(nèi)，該過程會重復(fù)幾千次。需要超高可靠性功率半導(dǎo)體器件來處理這些嚴(yán)厲要求。這些器件還需要精度控制，以便實現(xiàn)高峰值電流性能，但同時又要能夠在過載或異常條件下保護(hù)它自己。

　　IR擁有專門的汽車事業(yè)部，為汽車消費者服務(wù)。我們的產(chǎn)品通過了ASE Q-101功率分立器件和ASE Q-100功率集成電路器件認(rèn)證，具有最高的可靠性，從而實現(xiàn)了要求最嚴(yán)苛的汽車應(yīng)用。

　　電動汽車內(nèi)的電機控制需要更高的安全性、可靠性和穩(wěn)定性

　　英飛凌科技(中國)有限公司中國區(qū)汽車電子事業(yè)部市場總監(jiān)杜曦：汽車電子技術(shù)是推動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心動力之一，尤其是電動汽車，其絕大部分的創(chuàng)新都來源于汽車電子技術(shù)及其產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用。

　　安全是用戶對汽車的首要需求，同時汽車用電機的工作環(huán)境極為苛刻，必須滿足低溫至零下40度，高溫至125度的溫度范圍，因此和傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用相比，電動汽車內(nèi)的電機控制需要精確的力矩控制，動態(tài)性能較好，更高的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。

　　此外，為了節(jié)省更多空間以滿足乘客舒適度的需求，電機控制產(chǎn)品也需要將尺寸做得更小，模塊的小型化趨勢為此提供了保障。

　　作為全球最大的IGBT芯片及模塊供應(yīng)商，英飛凌可以為電動汽車的主要核心電子電器模塊提供完整的解決方案，包括電機驅(qū)動、電池管理、高壓輔助系統(tǒng)如DC/DC、車載充電器以及整車控制器。

　　英飛凌是唯一一家可提供給客戶從低壓12V、48V到高壓上百伏汽車級功率器件的汽車電子供應(yīng)商，相應(yīng)地應(yīng)用于弱混、中混、強混、到插電式和純電驅(qū)動汽車，同時我們即將推出的下一代多核處理器芯片AURIX，可以支持符合最高安全等級ASIL-D標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)設(shè)計。英飛凌擁有最為先進(jìn)的半導(dǎo)體制造工藝，全球范圍內(nèi)裝有英飛凌HybridPACKTM模塊的新能源汽車在2012年已經(jīng)完成了累計20萬公里行駛，并到迄今為止保持了零缺陷的記錄。

　　英飛凌的未來策略是繼續(xù)利用其完整產(chǎn)品線的優(yōu)勢，力圖為客戶提供系統(tǒng)級的支持，包括提供基于寬廣產(chǎn)品線的一站式服務(wù)，以及建立對客戶產(chǎn)品的深刻理解并提供相應(yīng)的系統(tǒng)級技術(shù)支持。

　　幫助在電機控制方面經(jīng)驗有限的供應(yīng)商建立未來需要解決方案

　　德州儀器中國區(qū)市場開發(fā)高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理信本偉：實際上如今的汽車(平均超過40%)有很多電機，你會發(fā)現(xiàn)許多非電動汽車諸如汽油和混合動力汽車會進(jìn)一步變的電動化。

　　促進(jìn)這一發(fā)展的的主要原因是，人們想將泵、電扇、增壓器和壓縮機從內(nèi)燃機電源上移除。這些“配件”電機可以通過使用電機實現(xiàn)(而不是通過帶傳動或液壓傳動)，“配件”電機提供燃料、潤滑劑和制冷等等，使你的汽車賴以運行。在這方面TI堅定承諾，會幫助在電機控制方面經(jīng)驗有限的供應(yīng)商建立未來需要的控制和驅(qū)動解決方案。

　　整車廠商與汽車電子解決方案供應(yīng)商的合作將是一大趨勢

　　ADI市場經(jīng)理張松剛：就電機控制而言，對電動汽車的電機要求能實現(xiàn)低速大扭矩，特別是在零速下依然能提供扭矩，這些要求更精確的矢量控制，對不同類型的電機也會采用不同的算法。另外，車規(guī)及寬溫度范圍也是新的要求。同樣，在電動汽車的控制中，充電及電源管理也將與動力電機的控制緊密結(jié)合。ADI可以提供完整的電機控制解決方案，包括了處理器、電流檢測、隔離及驅(qū)動，所有這些都可提供汽車級或符合車規(guī)的產(chǎn)品。

　　相關(guān)半導(dǎo)體廠商的科技創(chuàng)新，是新能源汽車發(fā)展不可或缺的推動力量。就中國新能源汽車未來的發(fā)展而言，整車廠商與汽車電子解決方案供應(yīng)商的合作將是一大趨勢。ADI深耕中國市場，從整個產(chǎn)業(yè)鏈上下功夫，配合眾多電池管理廠商，一起服務(wù)零部件供應(yīng)商和車廠。

　　更高能效的直接轉(zhuǎn)矩控制在某些應(yīng)用中更受青睞

　　安森美半導(dǎo)體系統(tǒng)方案部智能電源方案分部功率器件產(chǎn)品營銷經(jīng)理Rakesh Parekh：電動汽車(使用電池而非汽油工作)的本質(zhì)就是需要在燃料泵、油泵、水泵、汽車空調(diào)(HVAC)、雨刷、車門、升窗器等等汽車應(yīng)用中使用高能效的BLDC及PMSM電機，而不是傳統(tǒng)上使用的直流電機或步進(jìn)電機。

　　由于這類汽車的電池充電時間以及每次充電后能駕駛的里程是影響電動汽車市場增長的主要因素，原設(shè)備制造商(OEM)堅持在電動汽車中使用最高能效的電機算法，以充分節(jié)省能耗，因而延長每次充電周期的行駛里程。在電動汽車控制算法方面，更高能效的直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)在某些應(yīng)用中可能比FOC更受青睞。安森美半導(dǎo)體著重提供更高集成度的智能及高能效產(chǎn)品，如系統(tǒng)級芯片(SoC)類型的方案，用于電機控制市場。