新型電機控制技術(shù)用于電動(dòng)汽車(chē)的機遇與挑戰

　　編者按：隨著(zhù)中國政府關(guān)于新能源汽車(chē)扶持政策的逐步實(shí)施，中國正迎來(lái)電動(dòng)汽車(chē)(EV)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展黃金時(shí)期，相對燃油汽車(chē)而言，純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力裝置主要由驅動(dòng)電機、調速控制器、動(dòng)力電池、車(chē)載充電器這四大部件構成，因此電機控制技術(shù)半導體解決方案供應商同樣面臨著(zhù)巨大的市場(chǎng)機遇。本刊采訪(fǎng)到若干電機控制半導體技術(shù)解決方案供應商的代表，詳細分析了電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域電機控制技術(shù)的發(fā)展趨勢和走向，總結出未來(lái)一段時(shí)間的市場(chǎng)熱點(diǎn)，希望可以讓業(yè)界電機控制系統設計工程師大有收獲。

　　相對于傳統汽車(chē)用汽油發(fā)動(dòng)機提供動(dòng)力，電動(dòng)汽車(chē)則需要靠電動(dòng)機來(lái)驅動(dòng)，它的時(shí)速快慢和啟動(dòng)速度取決于驅動(dòng)電機的功率和性能。純電動(dòng)汽車(chē)的驅動(dòng)電機有直流有刷、無(wú)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(chē)配置、用途、檔次有關(guān)。另外驅動(dòng)電機之調速控制也分有級調速和無(wú)級調速，有采用電子調速控制器和不用調速控制器之分。電動(dòng)機有輪轂電機、內轉子電機、有單電機驅動(dòng)、多電機驅動(dòng)和組合電機驅動(dòng)等。

　　高可靠性和精度控制是電動(dòng)汽車(chē)電機的兩個(gè)主要特征

　　國際整流器公司應用工程部高級經(jīng)理Wibawa Chow：電機需要在幾秒內將汽車(chē)從靜止狀態(tài)驅動(dòng)至一定的行駛速度，這一點(diǎn)與采用內燃機的汽車(chē)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(lái)移動(dòng)汽車(chē)。

　　在汽車(chē)的使用壽命內，該過(guò)程會(huì )重復幾千次。需要超高可靠性功率半導體器件來(lái)處理這些嚴厲要求。這些器件還需要精度控制，以便實(shí)現高峰值電流性能，但同時(shí)又要能夠在過(guò)載或異常條件下保護它自己。

　　IR擁有專(zhuān)門(mén)的汽車(chē)事業(yè)部，為汽車(chē)消費者服務(wù)。我們的產(chǎn)品通過(guò)了ASE Q-101功率分立器件和ASE Q-100功率集成電路器件認證，具有最高的可靠性，從而實(shí)現了要求最嚴苛的汽車(chē)應用。

　　電動(dòng)汽車(chē)內的電機控制需要更高的安全性、可靠性和穩定性

　　英飛凌科技(中國)有限公司中國區汽車(chē)電子事業(yè)部市場(chǎng)總監杜曦：汽車(chē)電子技術(shù)是推動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心動(dòng)力之一，尤其是電動(dòng)汽車(chē)，其絕大部分的創(chuàng )新都來(lái)源于汽車(chē)電子技術(shù)及其產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應用。

　　安全是用戶(hù)對汽車(chē)的首要需求，同時(shí)汽車(chē)用電機的工作環(huán)境極為苛刻，必須滿(mǎn)足低溫至零下40度，高溫至125度的溫度范圍，因此和傳統工業(yè)應用相比，電動(dòng)汽車(chē)內的電機控制需要精確的力矩控制，動(dòng)態(tài)性能較好，更高的安全性、可靠性和穩定性。

　　此外，為了節省更多空間以滿(mǎn)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芯片及模塊供應商，英飛凌可以為電動(dòng)汽車(chē)的主要核心電子電器模塊提供完整的解決方案，包括電機驅動(dòng)、電池管理、高壓輔助系統如DC/DC、車(chē)載充電器以及整車(chē)控制器。

　　英飛凌是唯一一家可提供給客戶(hù)從低壓12V、48V到高壓上百伏汽車(chē)級功率器件的汽車(chē)電子供應商，相應地應用于弱混、中混、強混、到插電式和純電驅動(dòng)汽車(chē)，同時(shí)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標準的系統設計。英飛凌擁有最為先進(jìn)的半導體制造工藝，全球范圍內裝有英飛凌HybridPACKTM模塊的新能源汽車(chē)在2012年已經(jīng)完成了累計20萬(wàn)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(lái)策略是繼續利用其完整產(chǎn)品線(xiàn)的優(yōu)勢，力圖為客戶(hù)提供系統級的支持，包括提供基于寬廣產(chǎn)品線(xiàn)的一站式服務(wù)，以及建立對客戶(hù)產(chǎn)品的深刻理解并提供相應的系統級技術(shù)支持。

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

　　德州儀器中國區市場(chǎng)開(kāi)發(fā)高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理信本偉：實(shí)際上如今的汽車(chē)(平均超過(guò)40%)有很多電機，你會(huì )發(fā)現許多非電動(dòng)汽車(chē)諸如汽油和混合動(dòng)力汽車(chē)會(huì )進(jìn)一步變的電動(dòng)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燃機電源上移除。這些“配件”電機可以通過(guò)使用電機實(shí)現(而不是通過(guò)帶傳動(dòng)或液壓傳動(dòng))，“配件”電機提供燃料、潤滑劑和制冷等等，使你的汽車(chē)賴(lài)以運行。在這方面TI堅定承諾，會(huì )幫助在電機控制方面經(jīng)驗有限的供應商建立未來(lái)需要的控制和驅動(dòng)解決方案。

　　整車(chē)廠(chǎng)商與汽車(chē)電子解決方案供應商的合作將是一大趨勢

　　ADI市場(chǎng)經(jīng)理張松剛：就電機控制而言，對電動(dòng)汽車(chē)的電機要求能實(shí)現低速大扭矩，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(lèi)型的電機也會(huì )采用不同的算法。另外，車(chē)規及寬溫度范圍也是新的要求。同樣，在電動(dòng)汽車(chē)的控制中，充電及電源管理也將與動(dòng)力電機的控制緊密結合。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、隔離及驅動(dòng)，所有這些都可提供汽車(chē)級或符合車(chē)規的產(chǎn)品。

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

　　更高能效的直接轉矩控制在某些應用中更受青睞

　　安森美半導體系統方案部智能電源方案分部功率器件產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Rakesh Parekh：電動(dòng)汽車(chē)(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(chē)空調(HVAC)、雨刷、車(chē)門(mén)、升窗器等等汽車(chē)應用中使用高能效的BLDC及PMSM電機，而不是傳統上使用的直流電機或步進(jìn)電機。

　　由于這類(lèi)汽車(chē)的電池充電時(shí)間以及每次充電后能駕駛的里程是影響電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)增長(cháng)的主要因素，原設備制造商(OEM)堅持在電動(dòng)汽車(chē)中使用最高能效的電機算法，以充分節省能耗，因而延長(cháng)每次充電周期的行駛里程。在電動(dòng)汽車(chē)控制算法方面，更高能效的直接轉矩控制(DTC)在某些應用中可能比FOC更受青睞。安森美半導體著(zhù)重提供更高集成度的智能及高能效產(chǎn)品，如系統級芯片(SoC)類(lèi)型的方案，用于電機控制市場(chǎng)。