浅谈电动汽车电机控制器技术

　　3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。

　　3.2、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。

　　3.3、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。

　　3.4、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。

　　4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

　　现在二代产品可能能做到class3、class4，以后EMC要做到class5，要求措施要做到小型化，成本更低。EMC核心突破创新定位在：以更优的滤波方案，更低成本的EMC器件成本达到高等级EMC要求。如EMC要求达到class5，体积占比小于5%，成本小于50RMB。

　　发展研究内容包括：“电控+电机”系统EMC解决方案，核心器件EMC特性研究及解决方案，“电控+电机”系统EMC仿真平台。

　　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。

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