Какие варианты контроллеров электромобилей?

Переход к электрической мобильности – это больше, чем просто батареи и двигатели; это сложное взаимодействие современной электроники, которая оживляет автомобиль. В основе этой системы лежит компонент, который часто называют «мозгом» электромобиля: Контроллер электромобиля . Это важнейшее устройство отвечает за управление потоком электрической энергии от аккумулятора к двигателю, преобразуя команды водителя в точное движение. Но не все контроллеры созданы равными. Выбор, сделанный при их дизайне и конфигурации, напрямую влияет на ходовые качества, эффективность и характер вождения автомобиля. Инженерам, энтузиастам и потенциальным покупателям понимание разнообразия вариантов контроллеров — от их фундаментальных архитектурных проектов до возможностей программного обеспечения — дает более глубокое понимание технологий, лежащих в основе будущего транспорта.

Архитектурное проектирование: централизованные и распределенные системы

Одним из основных вопросов при проектировании транспортного средства является физическая и функциональная архитектура системы управления. Это определяет, как в автомобиле организованы различные блоки управления.

Архитектура централизованного контроллера. В этом подходе один мощный контроллер электромобиля или небольшое количество контроллеров домена управляют несколькими функциями. Например, один центральный блок может управлять как трансмиссией (двигателем и трансмиссией), так и системой рекуперативного торможения. Эта архитектура может упростить жгуты проводов, уменьшить общее количество компонентов и потенциально снизить затраты. Это позволяет осуществлять консолидированную обработку, что может быть полезно для сложной координации между системами.

Распределенная архитектура контроллера. В этой традиционной модели используется сеть специализированных электронных блоков управления (ЭБУ), каждый из которых отвечает за определенную подсистему. В этой конфигурации специальный контроллер электромобиля управляет двигателем, а отдельные ЭБУ контролируют систему управления аккумулятором, управление температурным режимом и зарядку. Такая конструкция обеспечивает модульность, что упрощает поиск и устранение неисправностей и замену отдельных компонентов. Это также обеспечивает большую гибкость, поскольку разные поставщики могут предоставлять специализированные контроллеры для разных функций.

Выбор между этими архитектурами часто зависит от философии производителя автомобиля, желаемого баланса между интеграцией и модульностью, а также сложности платформы автомобиля.

Силовая электроника и полупроводниковые технологии

Ядром любого контроллера является его силовая электроника — компоненты, которые физически коммутируют большие токи, необходимые двигателю. Используемая здесь технология является ключевым отличием с точки зрения эффективности, размера и стоимости.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). В течение многих лет IGBT были рабочей лошадкой силовой электроники в тяговых инверторах, которые являются основной частью контроллера электромобиля. Они надежны, экономичны для приложений с высокой мощностью и хорошо подходят для уровней напряжения и тока, используемых во многих электромобилях. Они являются надежным выбором, особенно для автомобилей, где максимальная производительность важнее эффективности в любых условиях вождения.

МОП-транзисторы из карбида кремния (SiC). Значительный технологический сдвиг происходит с внедрением полупроводников с широкой запрещенной зоной, таких как карбид кремния. Контроллеры на основе SiC обеспечивают более высокую эффективность, особенно при частичных нагрузках, что часто встречается при повседневной езде по городу. Они могут работать при более высоких частотах переключения и температурах, что позволяет уменьшить размер и вес контроллера электромобиля и соответствующее уменьшение размера связанных с ним систем охлаждения. Несмотря на более высокую первоначальную стоимость, технология SiC может способствовать увеличению общего запаса хода автомобиля.

Нитрид галлия (GaN): Будучи новой технологией, GaN предлагает потенциальные преимущества, превосходящие даже SiC, особенно для высокочастотных приложений. Хотя в настоящее время он более распространен в приложениях с низким энергопотреблением, таких как бортовые зарядные устройства, его развитие может повлиять на будущие поколения контроллеров двигателей, расширяя границы плотности мощности и эффективности.

Калибровка производительности и функции программного обеспечения

Аппаратное обеспечение — это только одна часть уравнения; программное обеспечение и калибровка, которые выполняются на контроллере электромобиля, определяют динамику движения автомобиля и удобство использования.

Режимы вождения. Современные контроллеры определяются своим программным обеспечением, которое позволяет использовать несколько режимов вождения (например, Eco, Normal, Sport). Эти режимы изменяют параметры контроллера, изменяя кривую реакции дроссельной заслонки, предел выходной мощности и агрессивность рекуперативного торможения. Такая гибкость, основанная на программном обеспечении, позволяет одному автомобилю предлагать различные характеристики вождения.

Векторизация крутящего момента и расширенный контроль устойчивости. Сложные контроллеры могут управлять подачей мощности не только на один двигатель, но и индивидуально на двигатели на левом и правом колесах (например, на задней оси). Эта возможность, известная как векторизация крутящего момента, может значительно улучшить управляемость и устойчивость за счет активной передачи крутящего момента на определенные колеса, чтобы помочь автомобилю пройти поворот или сохранить сцепление с дорогой.