واحد کنترل موتور خودرو برقی PUMBAA (MCU) PMC20A

(1) تابع تبدیل انرژی. بازیابی انرژی ترمز برای بهبود برد خودرو؛

(2) تابع اجرای گشتاور. کنترل‌کننده مقادیر گشتاور منفی را به کنترل‌کننده موتور ارسال می‌کند تا اتلاف انرژی را کاهش دهد.

(3) عملکرد تخلیه فعال. خود تخلیه خازن با ظرفیت بالا برای مدت طولانی خطرات ایمنی ولتاژ بالا را به همراه خواهد داشت.

(4) عملکرد حفاظت ایمنی. سیستم موتور با تشخیص خطا، یادآوری خطا، مدیریت خطا و سایر عملکردهای حفاظت ایمنی؛

(5) عملکرد ارتباطی شبکه CAN با سرعت بالا. تحقق مؤثر واحد کنترل موتور الکتریکی و کل استراتژی عملکرد خودرو، عملکرد ایمن و قابل اعتماد سیستم موتور را کنترل می‌کند تا عملکرد ایمن خودرو تضمین شود.

در خودروهای انرژی نو (NEV)، واحد کنترل موتور (MCU)، که با نام‌های "اینورتر" یا "سیستم کنترل الکتریکی" نیز شناخته می‌شود، یکی از "سه جزء اصلی" (باتری، موتور و سیستم کنترل الکتریکی) است. عملکرد آن مستقیماً تجربه رانندگی، مصرف انرژی و قابلیت اطمینان خودرو را تعیین می‌کند. وظیفه اصلی MCU تبدیل دقیق جریان مستقیم ولتاژ بالا (DC) خروجی از باتری به جریان متناوب سه فاز (AC) مورد نیاز موتور محرک است. همچنین سرعت و گشتاور موتور را بر اساس دستورات واحد کنترل خودرو (VCU) تنظیم می‌کند و در نتیجه شتاب‌گیری، کاهش سرعت و عملکرد سرعت ثابت خودرو را کنترل می‌کند. اصل کار آن را می‌توان به چهار فرآیند اصلی تقسیم کرد: "دریافت سیگنال - تبدیل انرژی - رانندگی موتور - بازخورد وضعیت".

۱. دریافت سیگنال: دریافت دستورات کنترل خودرو

در حین کارکرد خودرو، ورودی‌های راننده (مثلاً موقعیت پدال گاز) ابتدا به VCU منتقل می‌شوند. VCU گشتاور/سرعت هدف مورد نیاز موتور را بر اساس پارامترهایی مانند باز شدن پدال گاز، سرعت خودرو، وضعیت شارژ باتری (SOC) و موقعیت دنده محاسبه می‌کند. سپس این دستور را از طریق گذرگاه شبکه ناحیه کنترل (CAN) به MCU ارسال می‌کند.

۲. تبدیل انرژی: تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب

باتری برق، ولتاژ DC با ولتاژ بالا (معمولاً ۳۰۰ تا ۸۰۰ ولت) تولید می‌کند، در حالی که موتورهای محرک NEV (عمدتاً موتورهای سنکرون آهنربای دائم) برای کار به جریان متناوب سه فاز نیاز دارند. این تبدیل توسط "مدار اینورتر" MCU انجام می‌شود که بر روی یک "مدار اینورتر پل سه فاز" متشکل از شش IGBT (ترانزیستورهای دوقطبی با گیت عایق) - دو عدد در هر فاز (بازوهای پل بالا و پایین) - متمرکز شده است. هر IGBT به عنوان یک "سوئیچ قابل کنترل" عمل می‌کند. تراشه کنترل اصلی MCU سیگنال‌های PWM (مدولاسیون پهنای پالس) را برای تنظیم دقیق زمان روشن/خاموش شدن و چرخه کار شش IGBT تولید می‌کند. برای مثال، روشن کردن IGBT بازوی پل بالایی فاز A در حین خاموش کردن بازوی پل پایینی، و روشن کردن IGBT بازوی پل پایینی فاز B در حین خاموش کردن بازوی پل بالایی، یک حلقه جریان بین فازهای A و B تشکیل می‌دهد. با کنترل چرخه‌ای توالی هدایت IGBTها در فازهای A، B و C، MCU جریان متناوب سه فاز قابل تنظیم (با فرکانس تعیین‌کننده سرعت موتور و دامنه تعیین‌کننده گشتاور) تولید می‌کند.

(MCU)

۳. رانندگی موتور: عملکرد موتور با تغذیه AC

برق سه فاز AC تولید شده توسط مدار اینورتر مستقیماً به سیم پیچ های استاتور موتور محرک وارد می شود. جریان عبوری از سیم پیچ های استاتور، یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می کند که روتور را تحت نیروی الکترومغناطیسی به چرخش در می آورد. این امر انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند که سپس از طریق کاهنده سرعت و شفت محرک به چرخ ها منتقل می شود و در نهایت وسیله نقلیه را به حرکت در می آورد.

۴. بازخورد وضعیت: کنترل حلقه بسته و حفاظت ایمنی

MCU صرفاً «یک بار دستور صادر نمی‌کند»؛ بلکه از یک مکانیسم کنترل حلقه بسته «جمع‌آوری داده‌های حسگر → تنظیم بازخورد» استفاده می‌کند تا اطمینان حاصل شود که موتور طبق برنامه عمل می‌کند و در عین حال از بروز خطا جلوگیری می‌کند. حسگرهای جریان، جریان‌های فاز را در زمان واقعی جمع‌آوری می‌کنند، حسگرهای ولتاژ، ولتاژ باس را کنترل می‌کنند و حسگرهای دما، دمای IGBT و موتور را ردیابی می‌کنند. تراشه کنترل اصلی «جریان/سرعت واقعی» را با «جریان/سرعت هدف» مقایسه می‌کند. در صورت بروز انحراف، سیگنال‌های PWM IGBTها را در زمان واقعی تنظیم می‌کند تا پارامترهای خروجی AC را اصلاح کند و گشتاور و سرعت را تثبیت کند. اگر سیگنال‌های غیرطبیعی (مثلاً جریان بیش از حد، IGBTهای با دمای بیش از حد) شناسایی شوند، MCU اقدامات حفاظتی مانند کاهش توان خروجی، قطع خروجی IGBT یا گزارش خطا به VCU را آغاز می‌کند و از آسیب به موتور یا MCU جلوگیری می‌کند و ایمنی رانندگی را تضمین می‌کند.

(ام سی یو)

نتیجه‌گیری

MCU NEV یک سیستم پیچیده است که الکترونیک قدرت، میکروالکترونیک، نظریه کنترل و فناوری‌های مدیریت حرارتی را با هم ادغام می‌کند. به عنوان یک اینورتر هوشمند، از الگوریتم‌های حلقه بسته کنترل برداری برای تنظیم دقیق سوئیچینگ نیمه‌هادی‌های قدرت (IGBT/SiC) استفاده می‌کند و DC باتری را به AC قابل کنترل برای راه‌اندازی موتور تبدیل می‌کند و امکان بازیابی کارآمد انرژی را فراهم می‌کند. پیشرفت‌های سریع در فناوری MCU - مانند تکامل از IGBT به مواد SiC با راندمان بالاتر - NEV های مدرن را قادر ساخته است تا به عملکرد شتاب استثنایی، تجربه رانندگی روان و برد طولانی دست یابند.