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1、电动汽车电机控制器技术（干货）电动汽车电机控制器概述1.2 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）。1.3 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 T
2、M 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。DCM Capscrim.资料来源：汇川技术，天风证券研究所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
3、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弋复杂工况仿真：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
4、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。资料来源：汇川技术，
5、天风证券研究所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M0.816 , 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。资料来源：汇川技术，天风证券研究所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
6、；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（ 08%），效率提高可 以有效延长续航里程。资料来源：汇川技术，天风证券研究所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。资料来源：汇川技术，
7、天风证券研究所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。资料来源：汇川技术，天风证券研究所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，
8、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。资料来源：汇川技术，天风证券研究所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弋以内。3.
9、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弋以 内，瞬态10弋以内。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，
10、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。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。
