针对控制器来讲，主要的组成部分就是三个方面，功率器件、主控芯片、薄膜电容。功率器件变成双面水冷，从普通的IGBT迁移到碳化硅。主控芯片主要发展方向是更快速、更智能。薄膜电容这一块考虑到后面怎么匹配高频碳化硅的需求。

本文为励展博览集团及NE时代于8月28-29日联合主办的第二届AWC新能源汽车关键元器件技术大会演讲嘉宾的现场实录。

演讲嘉宾：马岭华域汽车电动系统有限公司硬件设计经理

演讲主题：电机控制器及其关键技术

马岭：各位领导、各位专家下午好。我来自华域电动，大家听到华域电动想到的还是电机这一块，其实控制器我们也做。

今天和大家分享的话题是电机控制器和关键技术。内容包含四部分，整车系统、控制器系统功能、控制器关键技术、控制器发展。

这是新能源汽车动力系统的组成部分。电池组，是所有动力来源。国内的车没有加双向DC/DC，实现升压，提升性能或者实现反向充电功能。逆变器就是常说的电机控制器，驱动电机，给整车提供动力。DC/DC通过高压电池给所有弱电进行供电，车载充电机就是对电池组做充电用的。

后面关于控制器的系统功能。这是爆炸图，硬件载体包括机壳，IGBT模块及驱动板，膜电容起到吸收逆变器产生纹波电流的功能。主控板是控制部分，实现各个信号的采集和处理，通过算法把相应的输出指令给到驱动板，驱动板完成功能的执行。这个爆炸图是一个控制器集成DC/DC，最右边的是DC/DC的一部分。

紫色的是控制器的内容，对外有一个功率连接和信号连接。动力就是通过电池包，输出一个交流电给电机，做相应的扭矩输出。需要一个指令，指令通过整车网络接受整车指令输出相应扭矩和转速。也会做碰撞信号采集，和电机互动信号比如旋变，旋变实现位置和转速信号的传输，还有电机温度的检测，这些都是为了方便控制器能够对电机实现更加精确的控制，采集一些信号。

刚才说的是控制器对外的连接，对内有通讯模块、高压电源管理模块、低压电源管理模块、母线电流采样、母线电压采样，这些都是为电机控制算法做服务的。有主动和被动方面的功能，主动控制有的是通过电机实现的，也有些客户提出主动放电通过电阻实现，也有被动放电功能，转矩控制和转速控制。

电感代表的是电机，其实逆变器主要功能通过各种各样信号采集，控制算法运算包括采集电机信号，实现如何给电机输出想要的正弦波，给到扭矩指令，实现扭矩输出。

这些是控制器主要性能指标，一般控制器性能体现在母线电压范围。控制器一般不是讲控制器功率多大，主要体现的是能承受的电压等方面。还有诊断的功能都是一般情况下必须要具备的功能，包括防护等级是IP67，这也是整车特别强调的。

这是控制器一些主要技术特点，比如四象限运行控制，功率密度国内做到45千瓦/升，碳化硅一旦应用的情况下，可能做到千瓦/升。最高效率是98.5%。还有电压范围比较宽，从到V的工作电压。EMC在等级3，现在整车已经提出等级4、等级5的水平。还有保护功能，比如过压、过流等保护功能。还有是防护等级IP67。

这是控制器常见解决方案，比如低压解决方案，V或者96V的，考虑整车要走市场化趋势，怎么样把成本做得更低。把电压做低，成本会更低。但是电压低，充电速度就变慢，相等续航里程，充电时间会达到10个小时。高压就是常见的单体解决方案，还有集成解决方案。

接下来介绍一下控制器关键技术。作为控制器来讲，技术实在是太多了，重点讲一下这几个内容。现在炒得比较火的功能安全，怎么样让车安全可靠运行，出故障的时候不会出现车突然加速或者急减速导致人员伤亡，另外就是控制器效率，提升效率就是提升续航里程，提升效率意味着可以做相应成本降低，以后新能源没有补贴，方便新能源汽车更好做市场化。

IGBT的驱动，这是很关键的点，所有控制器输出都是通过IGBT驱动执行。要输出什么样的功能通过算法执行，执行单位也是IGBT的一块。简单说一下DC-Link。位置和转速信号处理，现在很多新能源汽车特别容易出现旋变故障停车的问题，对于客户来讲，报旋变故障，但是车没有什么损伤，重新启一下电就正常了，这对客户来讲体验糟糕。东西没有坏的情况下，希望这个车可以一直行驶下去。还有是电源管理。EMC，新能源汽车突然停车重启电又能跑了，这些问题产生比较多的都是EMC相关。最后就是碳化硅，对我们来讲是碳化硅的应用方面。

功能安全有两个标准，国际标准，国内也出了标准。标准内容很多，我自己也没有完全看过，我们只要知道是做什么用的，目标就是保证扭矩可靠，做一些相应的梳理就知道要做哪些内容。功能安全需求一般来源于整车，要输出扭矩不能大于给定指令扭矩的百分之多少。或者扭矩不能反向、突变。还有怎么在扭矩出现异常时进入安全模式？安全模式就是常说的ASC模式，一般有两种实验方式，一个是把IGBT全部关了，一个是通过上下桥的短路实现。MCU就是内部主控芯片，软件要发一个PWM波，要形成一个闭环系统。主控芯片是不是正常状态，怎么样做一个正常监控？还有MCU，本身可能会失效。MCU失效了，怎么进入安全模式，包括控制电也失效了，怎么能够实现安全模式，这都是要考虑的点。要实现想要的扭矩输出，如果出现失效，要考虑各种情况下的失效，做相应的处理，怎么能够完成安全模式的实现。还有就是转速信号处理机制，以及电机位置采样信号处理机制，怎么样保证这两个信号是准确的，也是你想要的，当报错的时候能判断是真的错误还是假的错误。尽量要避免失效，首要的目的就是不要产生共因失效，另外就是有失效怎么样解决。

和大家分享一下怎么做MCU的监控。这是一个三层架构的实现，第一层是功能层，第二层和第三层是监控层。因为MCU一般都是多核芯片，第一个核做功能层实现，实现扭矩的功能包括监控以及故障策略的实施。另外就是L2，这也是放在MCU内部，监控L1。L3也是监控层，做高安全等级的话不能自己监控自己，L3就是通过外部的监控，监控MCU，主要通过问答的形式，给你一个指令，让你在规定时间以规定的方式给我一个反馈，这样判断你是不是处于正常工作的状态。

对位置采用这一块，现在目前新能源汽车其中一个痛点就是关于旋变故障。旋变故障可以恢复，重上电就好了，这样对客户体验非常糟糕。涉及到旋变故障是真故障还是假故障，一般产生原因比较多的就是和电磁兼容相关，还有接触不良、抖动。怎么避免因为旋变故障导致的突然停车，这里需要做一个旋变硬解码和软解码。比如硬解码作为主要解码方式，硬解码报故障可以通过软解码校验。还可以通过软解码让车继续运营，等硬解码恢复再切换，避免突然停车，产生危险。告诉突然停车危险系数还是比较高的。

第二点是控制器效率。最高效率就是很少的一部分，整车运行的时候都是低速和低扭转情况下，这一块效率提升也是续航里程提升一个很重要的点。本身这一块最高效率就是98%，顶多提升到99%。最关键的是低扭矩转速下的效率提升，一般影响关键因素就是电压利用率。还有死区时间，影响电压利用率，还会影响谐波含量，一旦谐波高了的话，系统效率都会下降。在不同工况下采用合适的频率，不是频率越低越好，频率越低电机损耗会增加，这都是需要做相应的标定，在各个工况点选择一个比较理想的频率进行控制。

第三个是IGBT驱动。理论计算或者理论分级设计，最终还是验证，因为基本参数是不可控的。驱动需要做这些工作，比如损耗计算和整个NEDC是相关的，对寿命影响的关键因素就是热。还有双脉冲实验，测多了会发现模块会有相应变动的点。还有短路实验，可靠性实验，可以进行寿命的分析。

IGBT驱动设计要考虑的点，比如驱动功率有多大。有一个驱动功率建议计算公式，后面加了一个点，考虑在静态情况下，工作时也有一个损耗，这一块损耗也要考虑进去。还有就是驱动电流有多大，和驱动电压都是相关的。一般驱动电压设置在15V，关断-8V。选择-8V考虑IGBT二次开通。还有驱动电阻和门级电容，匹配也是很关键的，影响到你的效率。还有驱动保护，还有门级嵌位，还有短路保护、软关断，

在驱动的时候都有相应的图表，给我们提供一些参考，我们要多

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