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              電機控制器

              作者:泵友圈  來源:http://www.bbyxd.com/  更新時間:2020-05-27 14:13:11  點擊次數:

                電機控制器

                一、技術

                電池技術、電機驅動及其控制技術、能量管理技術以及電動汽車整車技術為電動汽車四大關鍵技術。電控系統用于控制電池、電機等組件,其功能包括:電池管理,發動機、電動機能量管理等。電控系統由ECU 等控制系統、傳感器等感應系統、駕駛員意圖識別等子系統組成。電控系統的材料成本占比不高,但需要經過多次試驗才能掌握關鍵算法,尤其是混合動力汽車涉及油、電混合的控制策略,技術壁壘較高。

                電機控制器作為新能源汽車中連接電池與電機的電能轉換單元,是電機驅動及控制系統的核心,主要包含IGBT功率半導體模塊及其關聯電路等硬件部分以及電機控制算法及邏輯保護等軟件部分。

                電機驅動控制系統(包括驅動電機和電機控制器)是新能源汽車車輛行使中的主要執行結構,控制和驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標。

                一般來講,電機控制器的主要由如下幾部分組成:

                1、電子控制模塊(ElectronicController)包括硬件電路和相應的控制軟件。硬件電路主要包括微處理器及其最小系統、對電機電流,電壓,轉速,溫度等狀態的監測電路、各種硬件保護電路,以及與整車控制器、電池管理系統等外部控制單元數據交互的通信電路??刂栖浖鶕煌愋碗姍C的特點實現相應的控制算法。

                2、驅動器(Driver)將微控制器對電機的控制信號轉換為驅動功率變換器的驅動信號,并實現功率信號和控制信號的隔離。

                3、功率變換模塊(PowerConverter )對電機電流進行控制。電動汽車經常使用的功率器件有大功率晶體管、門極可關斷晶閘管、功率場效應管、絕緣柵雙極晶體管以及智能功率模塊等。

                目前,電動汽車電機控制器多采用三相全橋電壓型逆變電路拓撲,部分產品前置雙向DC/DC變換器,以增大電機端輸入交流電壓,提升高轉速下的輸出功率,降低電機設計與生產成本。傳統控制器中直流支撐電容器體積龐大、耐高溫性能較差。為減小直流支撐電容器體積甚至取消直流支撐電容器,新型變換器電路拓撲和控制方法成為電動汽車應用研究的新熱點,但尚處于實踐探索階段。目前電動汽車用變流器的研發重點仍然多集中在電力電子集成方面。

                綜合技術和市場趨勢分析,未來,車用驅動電機系統的三個技術發展方向是永磁化、數字化和集成化。

                1、永磁化指永磁電機具有功率密度和轉矩密度高、效率高、便于維護的優點。目前電機永磁化趨勢正凸顯,一覽眾咨詢數據顯示,永磁同步電機在我國新能源汽車中的使用占比已超過 90%。

                2、數字化包括驅動控制的數字化、驅動到數控系統接口的數字化和測量單元數字化。用軟件最大程度地代替硬件,具有保護、故障監控、自診斷等其他功能。

                3、集成化主要體現在兩個方面:1)電機方面:電機與發動機總成、電機與變速箱總成的集成化;2)控制器方面:電力電子總成(功率器件、驅動、控制、傳感器、電源等)的集成化。未來把電機、減速機、控制器一體化,是一種趨勢,不僅減小了體積,更使得產品更加標準化。

                二、市場

                由于未來幾年新能源汽車市場將持續走好,該領域市場潛力將會逐漸釋放,電機控制器市場規模也將逐漸提升。目前客車電機控制器價格一般為3~5萬元,乘用車電機控制器價格一般為0.6~1.5萬元。通過測算,一覽眾咨詢預計到2020年,國內新能源汽車電機控制器的市場規模將超過150億元。(詳細測算依據見一覽眾咨詢出版的《2016-2020年中國新能源汽車電機及控制器市場投資報告》)。

                供應鏈方面,電機控制器的開發包括軟、硬件設計。核心軟件一般由整車廠研發,硬件和底層驅動軟件可選擇由汽車零部件廠商提供。我國控制器硬件水平與國外存在一定差距,產業化能力相對不足。大部分企業推出量產電動汽車產品時更傾向于選擇國外整車控制器硬件供應商。另外,控制器基礎硬件、開發工具等基本依賴進口。

                圖表 3  電機控制器產業鏈情況

                企業類型方面,目前主流電機控制企業主要分為兩類:一類是電動汽車整車企業,其生產的電動汽車電機控制器一般供給其整車產品;另一類是電動汽車零部件企業,其生產的電動汽車電機控制器一般供給特定或非特定的整車企業。

                在乘用車領域,整車企業通常具備較強的綜合實力,通常自主研發生產電動汽車電機控制器,或者以自主研發生產為主,適當采購零部件企業的產品為輔;在客車領域,整車企業通常電機控制器研發經驗不足,一般選擇外購電動汽車電機控制器,少數規模較大的整車企業會選擇自主研發生產或者自主研發生產與外購相結合的方式。

                雖然國內外控制器技術存在差異,但從2015年開始,新能源汽車產品類型多樣化,對不同的控制器需求更加豐富。單從數量來看,目前我國電動汽車電機控制器市場主要由國產品牌占據,外資產品因其價格較高等原因,在市場的培育和初期發展階段所占份額較小。

                三、企業

                目前國外新能源汽車以混合動力為主,采用為永磁同步電機及控制器。電機控制器生產企業主要有豐田、本田、日立、博世、福特、通用、明電舍電機、東芝、UQM 電機、AC PROPULSION、ENOVA 電機、飛思卡爾、MM 公司和日本安川電機。

                近年來國內企業對新能源汽車及其核心部件的投入力度加大,電機控制器的發展快速從技術研究向產品開發方向發展,先后出現了一些專業研發生產車用電機驅動系統的產業化公司,逐步形成了有利于提高產品品質、降低成本的產業鏈。

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