本文導讀

新能源汽車因驅動原理的不同，從根本上促進了整車熱管理系統(tǒng)的升級變革。立功科技推出全面升級的熱管理域控制器TMS方案，完美適配新能源車熱管理系統(tǒng)集成度高，控制邏輯復雜的特點。 熱管理系統(tǒng)在新能源汽車上是至關重要的一個組成部分。它們通過各種傳感器、控制模塊和降溫設備，確保汽車在一個安全和穩(wěn)定的溫度范圍內運行，并且提高整個系統(tǒng)的效率和壽命。

高集成熱管理域控制器的優(yōu)勢及趨勢

1.1 趨勢

高度集成化是熱管理未來發(fā)展核心。通過對比新能源車代表車型特斯拉Model S到Model Y的熱管理發(fā)展過程，觀察熱管理系統(tǒng)的集成高效化演變。 第一代熱管理系統(tǒng)：電池采用風冷或液冷、空調采用PTC制熱、電驅系統(tǒng)采用液冷，三個回路間基本保持并聯(lián)，相互獨立運行；第二代熱管理系統(tǒng)：電池液冷、PTC制熱，電機電控液冷，開始結合熱泵技術，系統(tǒng)間串聯(lián)程度加深，零部件集成化；第三代熱管理系統(tǒng)：熱泵空調制熱全面取代PTC制熱，應用電機堵轉加熱回收技術，使用更多通斷閥使系統(tǒng)相互串聯(lián)，回路復雜且進一步高度集成。

圖1 汽車熱管理組成框架

1.2 優(yōu)勢

從熱管理系統(tǒng)的演變過程可以看出熱管理的發(fā)展即是零部件集成化，能量利用高效化的過程。在零部件集成的同時，集成熱管理域控制器有以下優(yōu)勢：

1. 提高系統(tǒng)效率；

2. 降低成本；

3. 小型化；

4. 更高的可靠性；

5. 更好的用戶體驗。

熱管理電機應用

熱管理系統(tǒng)升級背景下，立功科技推出新一代熱管理域控制器方案，完美適配新能源車快速發(fā)展的熱管理系統(tǒng)。立功科技基于NXP汽車級S32K324雙核高性能通用微控制器，支持多路溫度、PWM控制信號采集；支持同時控制三個三相直流無刷電機，一個大功率直流有刷伺服電機，五個小功率直流有刷伺服電機和三個步進電機，下面分別介紹各類電機在熱管理系統(tǒng)中的實際應用。

2.1 步進電機

步進電機在熱管理系統(tǒng)中一般用在空調出風口，因空調出風口控制精度要求不嚴格，故步進電機采用開環(huán)控制。立功科技Demo在開環(huán)控制中進一步優(yōu)化采用控制更加精細的微步開環(huán)控制。如下圖2所示，微步控制是一種高精度、高分辨率的控制方式，原理是通過打開和關閉兩個繞組并逐步改變兩個繞組的電流比，以基本步距角更精細的微步距角去旋轉。

圖2 步進電機控制圖

2.2 直流有刷伺服電機

汽車自動空調的恒溫、模式等功能都是通過直流有刷伺服電機驅動，又稱為風門電機。直流有刷伺服電機具有體積小、可靠性高、技術發(fā)展成熟維護方便等優(yōu)勢，在汽車空調中廣泛采用直流伺服電機來驅動空調風門，在空調中根據(jù)應用可分為冷暖風門電機、模式風門電機及內外循環(huán)風門電機三大類。

下圖3是三類電機的功能圖。冷暖風門電機用于調節(jié)流過蒸發(fā)器的冷風和暖風芯體熱風的比例，從而調節(jié)出風口溫度；模式風門電機用于切換空調的出風口模式，一般包括吹臉、吹腳、除霜等模式，可根據(jù)用戶使用需求進行自動切換；內外循環(huán)風門電機用于調節(jié)汽車空調的內外循環(huán)。



圖3 風門電機功能圖

2.3 直流無刷電機

直流無刷電機效率高，控制精細，壽命長，噪音小，但控制相對復雜，主要應用在熱管理系統(tǒng)中的電子水泵、散熱鼓風機、電池水泵、多通閥和更高端車型的電子油泵。 電子水泵可以精確控制每個散熱回路，讓冷卻液流動起來。燃油車是使用發(fā)動機軸的旋轉來帶動機械水泵，而電動汽車由于更高級的冷卻需求和電機軸轉速解耦，因此使用電子水泵，滿足更精確的溫度控制需求。 有些多通閥的閥芯也是由直流無刷電機帶大減速比的旋轉來實現(xiàn)回路的切換。水泵是一直旋轉，水閥只需要轉到指定位置即可停止轉動。多通閥通常采用位置閉環(huán)來控制。

立功科技Demo支持同時三個PWM控制或LIN控制的直流無刷電機控制，使用磁場定向矢量FOC控制，控制更精確，效率更高。支持完善的故障保護功能。

立功科技TMS熱管理電機控制板

立功科技TMS熱管理域控制器方案使用NXP S32K3系列做主控制器，雙核Cortex-M7，主頻高達160MHZ。支持多路PWM控制，完美滿足熱管理系統(tǒng)中多個無刷電機、有刷電機和步進電機同時控制的需求；熱管理系統(tǒng)需要采集多個位置的溫度信息來形成溫度控制閉環(huán)，S32K3支持多路ADC模擬采集，具有靈活的ADC觸發(fā)配置，非常適合汽車熱管理系統(tǒng)新需求。

立功科技TMS熱管理域控制器方案三個無刷電機控制均采用無感FOC速度電流雙閉環(huán)矢量控制，效率高達95%以上，轉矩保持最高的同時運轉平滑穩(wěn)定，對負載突變有良好的抗干擾性能。

立功科技S32K3多電機控制方案優(yōu)勢

圖4系統(tǒng)控制框圖

功能特性：

支持三個BLDC的無感FOC速度電流雙閉環(huán)控制；

針對熱管理系統(tǒng)支持多路溫度、電壓電流采集；

支持多路直流有刷電機有感位置控制；

支持多路步進電機微步控制；

支持多路High Side閥門控制；

完善的保護功能，過壓欠壓，過流、限流、堵轉、過溫、缺相保護等；

上位機FreeMASTER已適配，三電機獨立配置界面。

優(yōu)勢亮點：

控制效率高，極大提高熱量的能量利用效率；

器件集成化，極大精簡電子系統(tǒng)布局；

大幅減少MCU、線束等數(shù)量，降低車輛生產成本；

多個系統(tǒng)集成，方便系統(tǒng)管理；

響應速度快，增強安全性。

多電機控制視頻

新能源汽車架構的革新使得熱管理更為復雜，新能源汽車上需要同時兼顧電池壽命和整車穩(wěn)定安全，熱管理的性能優(yōu)劣成為決定電車產品力的關鍵指標。隨著新能源汽車的快速發(fā)展與新技術的出現(xiàn)，車載熱管理系統(tǒng)正面臨更為嚴峻的挑戰(zhàn)。立功科技可提供全新升級的TMS多電機控制方案，助力您在熱管理賽道上實現(xiàn)彎道超車。