Что такое блок управления двигателем MCU?
Блок управления двигателем (MCU) — это электронный модуль между аккумулятором и двигателем, который управляет скоростью и ускорением электромобиля на основе сигнала переключателя. Контроллер преобразует постоянный ток батареи в переменный ток и регулирует выходную мощность батареи для привода двигателя. Контроллер также может изменить направление вращения двигателя и зарядить аккумулятор в обратном направлении во время рекуперативного торможения.
Контроллер двигателя электромобилей можно условно разделить на следующие категории в зависимости от напряжения, мощности и тока:
Основные функции MCU
Блок управления двигателем — это центральный узел управления двигателем электромобиля, который выполняет множество важных функций, обеспечивающих плавное и эффективное вождение. Его основная функция –для преобразования постоянного тока (постоянного тока), подаваемого аккумулятором, в трехфазную электрическую мощность (переменный ток) который приводит в движение мотор.
Кроме того, MCU контролирует ключевые параметры, такие как температура, ток и напряжение, чтобы оптимизировать работу двигателя и предотвратить потенциальный сбой. Он также может точно контролировать скорость, крутящий момент и направление двигателя и соответствующую выходную мощность двигателя в соответствии с входными данными водителя или системы управления транспортным средством.
▎Основные функции блока управления двигателем (MCU): Управление крутящим моментом и скоростью двигателя.
▎Запуск/остановка двигателя
▎Предотвращение электрических сбоев
▎Обеспечить защиту от перегрузки
▎Изменить направление вращения двигателя
▎Регенеративный тормоз
MCU представляет собой типичную аппаратную архитектуру.
На следующем рисунке показана типичная схема аппаратной архитектуры микроконтроллера. Он в основном состоит из источника питания, схемы определения тока, инверторной схемы (VSI), приемопередатчика CAN и MCU.
▎Микроконтроллер MCU: основной управляющий вход самого микроконтроллера поступает от сигнала переключателя, которым может управлять драйвер. Сигнал переключения будет определять, как изменится скважность импульса ШИМ для получения необходимой скорости и крутящего момента. Чтобы обеспечить высокую эффективность и быстрое управление, микроконтроллер может реализовать управление FOC.
▎VSI (инвертор источника напряжения): основная функция VSI — преобразование постоянного тока в переменный через обратную связь по положению двигателя. В целом VSI использует шесть IGBT. Однако для улучшения токовых характеристик инвертора также будет использоваться параллельная комбинация IGBT. В низковольтных двигателях (обычно ниже 100 В) используются MOSFET (металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы), а в высоковольтных двигателях используются силовые переключатели GaN и драйверы биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) из карбида кремния (SiC).
▎Схема обнаружения тока: для измерения фазного тока асинхронного двигателя используется датчик тока, основанный на эффекте Хоуля. Обычно для измерения двухфазного тока используются два датчика тока, а ток третьей фазы определяется этими двумя датчиками.
▎Мощность: для питания микроконтроллеров, датчиков температуры двигателя и датчиков положения требуются разные уровни мощности. Кроме того, поскольку микроконтроллер имеет встроенные датчики тока, требуется питание для обеспечения этих датчиков соответствующим напряжением смещения. Чтобы удовлетворить этим требованиям, силовая часть преобразует напряжение постоянного тока батареи в различные напряжения по мере необходимости.
▎Драйвер затвора: Схема драйвера затвора усиливает уровень напряжения импульса ШИМ, генерируемого микроконтроллером для управления IGBT.
▎Can Transceiver: функция CAN-трансивера заключается в передаче и получении данных по шине CAN. Реализована связь между MCU и другими модулями автомобиля.
Как работает MCU
Микроконтроллер MCU отвечает за выполнение сложных алгоритмов управления и управление общей работой двигателя. Он также предоставляет внешний интерфейс связи (в основном CAN), который позволяет ему взаимодействовать с другими блоками управления в системе и получать управляющую информацию от VCU. Сигнал ШИМ, генерируемый микроконтроллером, усиливается драйвером затвора и используется для управления переключателем мощности IGBT. Инвертор VSI может осуществлять преобразование постоянного и переменного тока. Обычно для реализации этого преобразования используются шесть IGBT с тремя полумостами, а количество параллельных соединений увеличивается для удовлетворения текущих требований двигателя. Различные схемы обнаружения и выборки обеспечивают обратную связь по параметрам двигателя, таким как положение, фазный ток, температура и т. д., для точного управления.
Существует много типов двигателей, таких как двигатель постоянного тока BLDC/PMSM и двигатель переменного тока. Следовательно, алгоритм управления двигателем, используемый в электромобилях, будет зависеть от двигателя и типа управления (разомкнутый или замкнутый).
Соответствующие отношения таковы:
Будущее MCU
▎Управление несколькими двигателями. С развитием электромобилей устройства управления двигателем достигли большого прогресса. Новой тенденцией является разработка устройств управления двигателями, которые могут управлять несколькими двигателями одновременно.
▎В двигателе изучите два режима с приводом от ступицы и среднего привода.
▎По мере улучшения интеграции и эффективности микроконтроллеров в микроконтроллерах будет широко использоваться список полупроводниковых материалов третьего поколения, обычно SiC и GaN. По сравнению с традиционными кремниевыми переключателями силовые переключатели Gan обладают преимуществами более высокой скорости переключения, меньших потерь мощности и лучших тепловых характеристик. Таким образом, устройство управления двигателем имеет более высокий КПД, меньшее энергопотребление и большую удельную мощность. Драйверы Sic и IGBT могут обеспечить более высокую рабочую температуру и напряжение для повышения производительности и надежности в требовательных приложениях электромобилей.
▎Интеллектуализация MCU. Машинное обучение и искусственный интеллект в MCU могут защитить целостность данных и уменьшить количество человеческих ошибок.
С популяризацией электромобилей (EV) роль блока управления двигателем (MCU) в улучшении характеристик электромобилей становится все более важной. Мы верим, что благодаря постоянному прогрессу архитектуры и технологий MCU будущее электромобилей станет более эффективным, мощным и устойчивым.
