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新能源汽车电机
电机控制器基本应用
1.1 电机控制器图示
1.2 电机控制器集成形式
1.3 电机控制器基本原理
结构与散热系统：为电机控制器提供散热，提供控制器安装支持，提供控制器安全防护。
电机控制器热设计
3) 复杂工况仿真：额定、过载典型工况仿真、堵转特殊工况仿真、周期性负载、非线性负载确定控制器最大的能力。
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电控系统效率优化技术
电控系统效率提升1%，对整车经济性以及重量都很有优势，效率优化技术包括载频动态调整、DPWM发波技术、过调制技术、广域高效HSM电机。
2.1 载频动态调整技术
从开关损耗角度降低，研究了载频动态调整技术。通过仿真试验发现，调整开关频率后，控制器效率最大可以提升2%左右，使用动态载频率技术，尤其是在低转速，对载频要求不那么高的时候，调整载频可以有效降低控制器的损耗，提供控制器的效率，初步预计每100公里可以提供1.5公里左右，载频不能无限制下调，还需要考虑整车噪音和电机控制的需要。
2.2 DPWM发波技术应用
不连续发波的技术应用，采用DPWM技术比COWM技术减少1/3的开关次数，可以显著降低开关次数，达到减少开关损耗的目的。
当调制比M>0.816，CPWM和DPWM调制下的谐波近似相同。此区域可采用DPWM技术以降低器件损耗。
2.3 过调制技术应用
控制器损耗包括开关损耗和导动损耗。导动损耗与输出电流有很大关系，输出功率一定的情况下，输出电流降低对应输出电压需要相应提高。
通过加入过调制，能有效提高弱磁区输出功率和输出转矩，提高输出电压4%，峰值功率对应提高4%左右，改善整车在高速的动力性能；
通过加入过调制，输出相同功率，电流会明显降低，能减小系统发热，提高控制器的过载能力，改善整车动力性能；
通过加入过调制，能有效提高基波电压，与没有过调制相比，可以有效提高电机效率，电机电流能明显减小（0~8%），效率提高可以有效延长续航里程。
2.4 广域高效HSM电机
在公交车与团体车工况下，IPM与HSM电机进行对比，HSM电机占优势。
考虑整车工况的综合能效定向优化技术，通过调整电机各损耗分量比例，实现效率的定向优化，结合具体车型路况信息，定制化开发综合能效更高的电机，提高续航里程。
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电控系统模块结温保护技术
做了很多热仿真，得到了控制器的最大能力，最大能力未必能保护好电机控制器，现实工况很复杂。
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IGBT结温估算现实意义
结温是判定IGBT处于安全运行的重要条件，IGBT的工作结温限制着控制器的最大输出能力。
IGBT过热损坏影响严重，有很多方面因素，例如设计因素、复杂工况、高震动、温度冲击，硅脂的老化，依据NTC进行IGBT结温的间接保护，存在一定的局限性，在堵转等极端工况下，热能分布很不均匀、IGBT与NTC存在温差，且NTC与结温的关系不是很明确，需要前期试验摸索，NTC响应时间慢，不能准确及时反映结温波动状态。易引起IGBT过热损坏，传统使用NTC进行IGBT结温简介保护，存在局限性。
单纯使用NTC进行保护，在工况恶劣的情况下，很危险。
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基于NTC的IGBT结温估算
根据工作参数，如电压电流频率，做精确的热仿真，提取热流参数，计算校正，提前预估IGBT结温。经过测试、仿真与软件模型互相校验，最终结温估算误差±3℃以内。
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基于温度采样二极管的IGBT结温估算
温度采样二极管直接集成在IGBT中间，相对于传统模块可以直接采集到晶元结温（近似），提高模块能力、能够得到晶元的结温波动，提高可靠性，保证寿命，缺点在于直接采集晶元结温，高低压的安规问题。
模块6路结温采样，模块及外部电路成本增高，目前采用1各IGBT结的温度，单路二极管的温度，通过损耗计算，热流参数计算，推导出其他几路IGBT的温度。
采用单路二极管温度采样，利用先进的损耗计算及热流参数计算方法、测试、仿真与软件模型互相校验，结温估算误差稳态可达3℃以内，瞬态10℃以内。
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基于结温估算的温度保护策略
优势：
结温的监控更加直接，整车的加速性能更好；
实时监控结温，在堵转极限工况下，既能发挥出控制器的最大能力，又能保证控制器不会过温损坏，整车的安全性更高；
在整车正常运行的工况下，将IGBT的电流能力发挥到最大，整车动力性更强；
控制器可以结合实际运行工况进行一些更前卫的算法研究，例如IGBT寿命损伤度实时计算等，提高整车的可靠性。
保护措施：
设置结温限制，当结温有风险时，进行降载频或者降转矩策略；风险解除，降频或者转矩数据回升。
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电机控制器技术发展趋势
4.1 高安全性
力矩安全通过：SBC+MCU监控架构、高压备份电源、安全相关驱动芯片、IGBT故障的全面诊断、独立安全关断路径、独立ADC通道的旋变信号解码、不同质两路高压采样电路、不同质三相电流霍尔传感器等实现。
4.2 高EMC等级
4.3 高压化
主要针对乘用车，目前电压普遍300-400V左右，以后可能往高压化发展，超级快速充电和功率需求提升是电动汽车高压化的内在驱动力。如充电电压从400V提升至800V，充电时间可以缩短一半。这一块必须提升，电动汽车未来才个普及，高压化是发展的一个趋势，对应这个趋势，逆变器的设计会从650V IGBT的设计往更高的750V以及1200V IGBT的方向发展。
4.4 高功率密度
从分装角度，传统易用型模块向方砖、超薄外形，最后裸DBC/芯片形式这样的趋势发展。外形体积随分装向小型化发展，2018年或者未来可以达到2013年外形体积大小的1/10。
从芯片这个维度，往高效率、高操作结温方向发展，如E3芯片，操作结温为150℃，EDT2芯片结温可以提升至175℃，SIC碳化硅芯片结温可以超过175℃，如果E2芯片功率损耗为1，后两者功率损耗分别为0.8和0.3到0.5之间。使用SiC器件可以显著降低开关损耗，提升系统效率，减少死区时间，提升系统输出能力。从电池包和控制器的总体考虑，总成本下降5%，从整车考虑，续航里程增加10%。使用SiC器件之后能够提升整体效率。
随着器件的发展和分装技术的发展，成本预测会逐步降低。
产品维度来讲，供应海马的控制器，可以做到18kW/L，第二个乘用车控制器功率密度可以做到26 kW/L，最新的乘用车控制器正在做可以做到35 kW/L，未来使用SiC材料预计功率密度能做到45 kW/L。
4.5 器件集成化和定制化
功能安全，高度集成化：
功能安全，更高主频：
驱动隔离IC：功能安全，高集成度：
模型电容已经高度定制化了，甚至在模型电容里集成EMC的。比如控制器EMC 的Y电容，单独加一个电路板，未来向集成化发展。这是电机控制器本身，未来系统也是向着集成化发展。
来源：电动知家
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