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新能源汽车“大三电”和“小三电”解析

2020-12-07 浏览次数:5,726 次 新能源电动汽车技术

新能源电动汽车由“大三电”和“小三电”之分,大三电包括:动力电池、电机和电机控制器;小三电包括:电动助力转向,电动空调和电动助力。今天我们就来谈一下大三电中的电机控制器。

从定义上来讲,依据GB/T18488.1-2015《电动汽车用驱动电机系统第1部分:技术条件》,电机控制器:控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置,由控制信号接口电路、驱动电机控制电路和驱动电路组成。

从功能上来讲,新能源电动汽车控制器将新能源电动汽车动力电池的直流电转换成驱动电机的交流电,通过通讯系统与整车控制器进行通讯,控制车辆所需的速度和动力。

从外往内分析,第一步:从外观看,电机控制器就是一个铝盒子,一个低压连接器,一个两个孔组成的高压母线连接器,一个三个孔组成的与电机相连的三相连接器(多合一连接器没有三相连接器),一个或者多个透气阀和两个水道进出水口。铝盒子上面,一般设计有两个盖板,其中一个大盖板,一个接线盖板,大盖板可以将控制器完全打开,接线盖板,是接控制器母线连接器和三相连接器时使用。如图示,以奥迪e-tron三合一动力总成为例:1为低压连接器,2为高压母线连接器接口,3为防水透气阀。

低压连接器:包括电机控制器的低压电源和低压信号:低压电源,乘用车以12V为常用,商用车以24V为常用,与车辆小蓄电池相连;CAN信号,包括整车CAN与内部CAN网络,一般有两路或更多;旋变信号:与电机的旋转变压器相连接,负责检测电机的转速,旋转变压器装在电机端;部分DI和DO,根据不同的客户需求进行预留。

高压母线连接器:与动力电池相连。

防水透气阀:防止控制器内形成水汽和结露等。

看完了外部,我们看一下内部:

控制器打开盖子,就是整个电机控制器的内部结构件和电子组件,一些控制器,打开盖子的时候会根据客户的需求,在接线盖板处放置开盖保护开关。

内部主要包括:三相铜排、母线铜排,铜排支撑架,三相和母线接线支架,EMC滤波板,母线电容,控制板,驱动板,转接板,IGBT,电流传感器,EMC磁环和放电电阻等。

三相铜排、母线铜排,铜排支撑架,三相和母线接线支架,EMC磁环和EMC滤波板;现在更多的将三相铜排、母线铜排,铜排支撑架,三相和母线接线支架,EMC磁环和EMC滤波板组成一个模组,有利于自动化生产,即使不用自动化生产线也能提高工人的装配进度。

母线电容,控制板,驱动板,转接板,IGBT和放电电阻;有些电机控制器会将控制板、驱动板、转接板和放电电阻做在一起,或者将转接板与控制板做成一个板,如特斯拉Model3整个电控只有一块板。黄色部分为驱动部分,相当于多个板的驱动板,红色部分为控制部分,相当于多个板的控制板,蓝色部分为放电电阻部分,省去转接板也能节省一些成本,现在国内以控制板和转接板合二为一的居多。

如下图:奥迪e-tron三合一动力总成控制部分开盖爆炸图:

如下图:奥迪e-tron三合一动力总成控制部分内部爆炸图:(1)驱动板,(2)驱动板支架,(3)高压母线采样线束,(4)三相输出叠层铜排,(5)三相铜排,(6)母线一体霍尔,(7)日立双面水冷IGBT模块,(8)叠层母排,(9)出水口盖板,(10)IGBT冷却水道,(11)母线电容,(12)正(或者负)母排,不知道哪个是正负,(13)进水口盖板,(14)控制板,(15)电容引脚焊接点,(16)IGBT中间四引脚焊接点,(17)IGBT粗引脚焊接处,(18)IGBT水道另一端盖板。

不同的厂家的控制器会有不同,但基本上包括了以上所有部件,只是不同的厂家或者型号,外形会有不同。

控制板分析:控制板主要包括:电源电路、控制芯片,CAN网络,旋变电路和各种采样电路。

电源电路:电源电路主要将12V或者24V电转变成DSP和部分电路所需的电压,标志以变压器,电解电容,大体积瓷片电容,大体积电感,粗走线为标志,一般采用的方案:英飞凌的DSP一般采用英飞凌的电源芯片,部分采用英飞凌的TLF35584;TI的DSP一般采用TI的DSP所推荐的电源芯片。

控制芯片常用DSP,一般为板子上最大的芯片,还有一个会使用到FPGA和CPLD与DSP一起使用,常用DSP芯片为英飞凌和TI的,部分低端车型也是用意法半导体的。

CAN网路:以小共模电感为标志,这个容易与旋变电路混肴,我们可以通过判断附近的IC判断是否为CAN网络。

旋变电路:硬件解码电路以旋变解码芯片为标志,芯片以ADI的12XX系列芯片为主,如果是软件解码,以小共模电感和推挽电路为标志,容易与CAN网络混肴,CAN网络没有推挽电路。

各种采样电路:不能直接判断。

驱动板分析:驱动板上有高压部分和低压部分,板子上会有明显的隔离带,驱动部分包括:驱动电源、高压采样和驱动电路。

驱动电源:以变压器为标志,不同的方案会有不同的设置方案,一般有反激电源、正激电源和半桥电源,变压器有6个,3个,2个和1个的区别,6个变压器,三相上下桥各有一个变压器,各个桥臂上下桥各一个电源,3个变压器,每一相一个变压器,2个变压器,一般会是上桥一个变压器,下桥一个变压器,1个变压器是一个变压器扮演2个,3个和6个变压器的作用。其中变压器越多越有利于PCB布线。

高压采样:高压采样电路包括多个高压采样电阻和隔离运放,高压采样电阻一般会采用1206或者更大封装,隔离运放以安华高的C87A/BT为主。

驱动电路:驱动电路是将DSP输出的驱动信号经过隔离芯片将驱动信号带载能力加强,驱动IGBT,并将故障信号送到DSP,隔离方式主要有磁隔离、容隔离和光电隔离,我们常用的为磁隔离和容隔离。带载能力各不相同,一般后面加推挽电路,现在也有一些更大带载能力的芯片可供使用。

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