干货 | 电动汽车电机控制器技术（汇川技术）（上）

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电动汽车电机控制器概述

1.1电机控制器集成形式

集成形式包括：

单主驱控制器、辅件三合一控制器（集成：EHPS控制器+ACM控制器+DCDC）、辅件五合一控制器（集成：EHPS控制器+ACM控制器+DCDC+PDU+双源EPS控制器）、乘用车控制器（集成：主驱+DCDC）、物流车三合一控制器（集成：主驱+DCDC+PDU）、物流车五合一控制器（集成：主驱+EHPS控制器+ACM控制器+DCDC+PDU）。

1.2 电机控制器基本原理

电机控制器基本功能：通过逆变桥调制输出正玄波来驱动电机，多合一的控制器包括

配电回路：为集成控制器各部分提供配电，如TM接触器、熔断器、电空调回路供电、电除霜回路供电等等；

IGBT驱动回路：接收控制信号，驱动IGBT并反馈状态，提供电压隔离以及保护；

辅助电源：为控制电路提供电源，为驱动电路提供隔离电源；

DSP电路：接收整车控制指令，并提供反馈信息，检测电机系统传感器信息，根据指令传输电机控制信号；

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

整车实际运行环境复杂，工况比较恶劣，对热设计提出很高要求：

仿真试验需要多层次：

系统级（主要侧重于控制器系统级的热包括水道设计合理性以及控制级内部环温仿真，系统级仿真包括模块级的模型）

模块级（关键部件模型电容，铜牌的仿真，通过密度、热流密度从而仿真电容的温度）

单板级 （仿真单板环境温度、单板上关键零件散热，目的是为了精确单板某个关键器件的散热，比如单板放了一些关键电阻。若前期做了单板的仿真，可以更快做设计上面的精确设计）

芯片级（IGBT、主功率模块仿真，IGBT是模块控制器核心，如何发挥IGBT最大能力，取决于IGBT芯片级仿真的准确度）

试验需满足高精度：进行多轮次试验试验仿真闭环，散热器偏差±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。

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

电控系统最主要的损耗来源是逆变器部分，逆变器损耗70%来自开关部分。

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

除了电控效率提升，还包括电机效率提升。

HSM电机混合同步电机，相比IPM电机可以兼顾低速区效率和高速区效率。HSM尤其在中高速恒功率运行区域内，效率优势更加明显。试验发现在低速区、高速区，HSM效率高于常规IPM电机，总体来看使用HSM技术之后可以提高电机效率。

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。


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。

3.1、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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