新型電機(jī)控制技術(shù)用于電動(dòng)汽車的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

　　編者按：隨著中國(guó)政府關(guān)于新能源汽車扶持政策的逐步實(shí)施，中國(guó)正迎來電動(dòng)汽車(EV)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展黃金時(shí)期，相對(duì)燃油汽車而言，純電動(dòng)汽車的動(dòng)力裝置主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、調(diào)速控制器、動(dòng)力電池、車載充電器這四大部件構(gòu)成，因此電機(jī)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(chǎng)機(jī)遇。本刊采訪到若干電機(jī)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(dòng)汽車領(lǐng)域電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和走向，總結(jié)出未來一段時(shí)間的市場(chǎng)熱點(diǎn)，希望可以讓業(yè)界電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師大有收獲。

　　相對(duì)于傳統(tǒng)汽車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，電動(dòng)汽車則需要靠電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)，它的時(shí)速快慢和啟動(dòng)速度取決于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和性能。純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有直流有刷、無刷、有永磁、電磁之分，再有交流步進(jìn)電機(jī)等，它們的選用也與整車配置、用途、檔次有關(guān)。另外驅(qū)動(dòng)電機(jī)之調(diào)速控制也分有級(jí)調(diào)速和無級(jí)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(dòng)機(jī)有輪轂電機(jī)、內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)、有單電機(jī)驅(qū)動(dòng)、多電機(jī)驅(qū)動(dòng)和組合電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。

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

　　國(guó)際整流器公司應(yīng)用工程部高級(jí)經(jīng)理Wibawa Chow：電機(jī)需要在幾秒內(nèi)將汽車從靜止?fàn)顟B(tài)驅(qū)動(dòng)至一定的行駛速度，這一點(diǎn)與采用內(nèi)燃機(jī)的汽車相似?？刂圃撾姍C(jī)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(dòng)汽車。

　　在汽車的使用壽命內(nèi)，該過程會(huì)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(shí)現(xiàn)高峰值電流性能，但同時(shí)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(fèi)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(shí)現(xiàn)了要求最嚴(yán)苛的汽車應(yīng)用。

　　電動(dòng)汽車內(nèi)的電機(jī)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(guó))有限公司中國(guó)區(qū)汽車電子事業(yè)部市場(chǎng)總監(jiān)杜曦：汽車電子技術(shù)是推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心動(dòng)力之一，尤其是電動(dòng)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(duì)汽車的首要需求，同時(shí)汽車用電機(jī)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(dòng)汽車內(nèi)的電機(jī)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(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(jī)控制產(chǎn)品也需要將尺寸做得更小，模塊的小型化趨勢(shì)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(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)、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(jí)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(qiáng)混、到插電式和純電驅(qū)動(dòng)汽車，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(jí)ASIL-D標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。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(jì)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(shì)，力圖為客戶提供系統(tǒng)級(jí)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(duì)客戶產(chǎn)品的深刻理解并提供相應(yīng)的系統(tǒng)級(jí)技術(shù)支持。

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

　　德州儀器中國(guó)區(qū)市場(chǎng)開發(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(平均超過40%)有很多電機(jī)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)許多非電動(dòng)汽車諸如汽油和混合動(dòng)力汽車會(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(jī)從內(nèi)燃機(jī)電源上移除。這些“配件”電機(jī)可以通過使用電機(jī)實(shí)現(xiàn)(而不是通過帶傳動(dòng)或液壓傳動(dòng))，“配件”電機(jī)提供燃料、潤(rùn)滑劑和制冷等等，使你的汽車賴以運(yùn)行。在這方面TI堅(jiān)定承諾，會(huì)幫助在電機(jī)控制方面經(jīng)驗(yàn)有限的供應(yīng)商建立未來需要的控制和驅(qū)動(dòng)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(shì)

　　ADI市場(chǎng)經(jīng)理張松剛：就電機(jī)控制而言，對(duì)電動(dòng)汽車的電機(jī)要求能實(shí)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(duì)不同類型的電機(jī)也會(huì)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(dòng)汽車的控制中，充電及電源管理也將與動(dòng)力電機(jī)的控制緊密結(jié)合。ADI可以提供完整的電機(jī)控制解決方案，包括了處理器、電流檢測(cè)、隔離及驅(qū)動(dòng)，所有這些都可提供汽車級(jí)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(dòng)力量。就中國(guó)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(shì)。ADI深耕中國(guó)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(yíng)銷經(jīng)理Rakesh Parekh：電動(dòng)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(jī)，而不是傳統(tǒng)上使用的直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)。

　　由于這類汽車的電池充電時(shí)間以及每次充電后能駕駛的里程是影響電動(dòng)汽車市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要因素，原設(shè)備制造商(OEM)堅(jiān)持在電動(dòng)汽車中使用最高能效的電機(jī)算法，以充分節(jié)省能耗，因而延長(zhǎng)每次充電周期的行駛里程。在電動(dòng)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(jí)芯片(SoC)類型的方案，用于電機(jī)控制市場(chǎng)。