Inleiding tot de belangrijkste componenten van motorcontrollers
De motorcontroller is een belangrijk onderdeel van de aandrijflijn van een elektrisch voertuig. Het ontwerp en de werking ervan zijn afhankelijk van de gecoördineerde werking van een reeks belangrijke componenten.
Hieronder staan de belangrijkste onderdelen van de motorcontroller en hun functies:
1. DC-busbar: De DC-busbar is een geleider met een hoge geleidbaarheid, lage weerstand en goede warmteafvoereigenschappen die het batterijpakket en de motorcontroller verbindt. Het zorgt ervoor dat DC-vermogen zonder verlies of met een laag verlies van het batterijpakket naar de motorcontroller wordt overgebracht.
2. Omvormerstructuur: De kern van de motorcontroller is een driefasen-volledige-brugomvormer, die verantwoordelijk is voor het omzetten van DC-vermogen in driefasen-wisselstroom om de wisselstroommotor aan te drijven. De omvormer bestaat uit meerdere vermogenshalfgeleiderschakelaars, die een nauwkeurige regeling van de motor kunnen bereiken door het openen en sluiten van deze schakelaars nauwkeurig te regelen.
3. Onderdrukking van elektromagnetische interferentie (EMI): De elektromagnetische interferentie die door de omvormer wordt gegenereerd tijdens de werking, wordt verminderd door filtercomponenten zoals X-condensatoren en Y-condensatoren. X-condensatoren en Y-condensatoren worden respectievelijk gebruikt voor filtering tussen stroomleidingen en tussen stroomleidingen en aarde. Meestal worden filmcondensatoren of keramische condensatoren gebruikt die moeten voldoen aan specifieke veiligheidsnormen.
4. Besturingscircuit: Het besturingscircuit is het brein van de motorcontroller, verantwoordelijk voor signaalacquisitie en implementatie van besturingsalgoritmen. Het omvat doorgaans een microcontroller of digitale signaalprocessor (DSP) en gerelateerde ondersteuningscircuits, waarbij de kern de vermogensmodule is, die verantwoordelijk is voor vermogensconversie.
5. Aandrijfcircuit: Het aandrijfcircuit levert aandrijfsignalen aan de schakelapparaten in de vermogensmodule, zodat deze nauwkeurig en snel kunnen schakelen.
6. Koellichaam: Het koellichaam wordt gebruikt om de warmte die door de vermogensmodule wordt gegenereerd af te voeren en ervoor te zorgen dat de belangrijkste componenten op een geschikte bedrijfstemperatuur blijven werken.
7. Signaalacquisitie: De motorcontroller moet driefasestroomsignalen en positiesignalen aan het motoruiteinde verzamelen om realtime monitoring van de motorstatus te bereiken. Dit omvat meestal het gebruik van hardware zoals stroomsensoren.
8. AC-uitgang koperen bus: De verbinding tussen de motorcontroller en de motor kan een AC-uitgang koperen bus gebruiken om driefasige AC-stroom over te brengen. Het koperen busontwerp moet rekening houden met lage weerstand en hoge stroomdraagcapaciteit.
9. Resolversensorinterface: Het positiesignaal van de motor wordt doorgaans geleverd door de resolversensor, die moet worden aangesloten op de overeenkomstige interface van de motorcontroller.
10. Integratie van stroomsensor: De stroomsensor is over het algemeen geïntegreerd in de motorcontroller om de stroom van de motor te meten. Hall-effectsensoren of holle geperforeerde sensoren kunnen worden gebruikt.
De samenwerking tussen deze componenten zorgt ervoor dat de motorcontroller een nauwkeurige regeling van de motor van het elektrische voertuig kan realiseren, terwijl de veiligheid en betrouwbaarheid van het systeem gewaarborgd blijven.
MCU bestaat hoofdzakelijk uit de volgende modules:
1. Microcontroller: De kernfunctie van de microcontroller is het regelen van de spanningsbronomvormer (VSI) om het vermogen dat van de accu wordt ontvangen om te zetten in de vereiste vorm van vermogen. Het ontvangt het gaspedaalsignaal van de bestuurder als de belangrijkste besturingsingang en regelt de snelheid en het koppel door de duty cycle van de pulsbreedtemodulatie (PWM) aan te passen. De veldvectorregeling (FOC) die in de microcontroller is geïmplementeerd, zorgt voor een efficiënte en snelle motorregeling.
2. Voltage Source Inverter (VSI): VSI is verantwoordelijk voor het omzetten van DC-vermogen naar AC-vermogen om de motor aan te drijven. Zes MOSFET's worden meestal gebruikt om VSI te implementeren, en soms worden parallelle combinaties van MOSFET's gebruikt om de stroomcapaciteit te vergroten.
3. Fasestroomdetectie: Hall-effect-gebaseerde stroomsensoren worden gebruikt om de fasestroom van de motor te detecteren om nauwkeurige controle te garanderen. Twee stroomsensoren worden meestal gebruikt om twee fasestromen te detecteren, en de derde fasestroom wordt afgeleid van deze twee.
4. Voeding: De ingebouwde sensoren van de MCU vereisen een geschikte voeding. Daarnaast vereisen de microcontroller, motortemperatuursensor en positiefeedbacksensor ook verschillende niveaus van voeding. Het voedingsgedeelte zet de vaste DC-spanning om in de vereiste verschillende spanningsniveaus.
5. Gatedriver: Het gatedrivercircuit wordt gebruikt om het spanningsniveau van de PWM-pulsen die door de microcontroller worden gegenereerd te versterken om een effectieve signaaloverdracht te garanderen.
6. CAN-transceiver: De CAN-transceiver wordt gebruikt om data die via de CAN-bus wordt verzonden, aan te sturen en te detecteren. Het zet de single-ended logica die door de controller wordt gebruikt om in een differentieel signaal dat via de CAN-bus wordt verzonden.
7. Positiefeedbacksensor: Deze sensoren leveren positie-informatie van de motorrotor en zijn essentieel voor het bereiken van nauwkeurige vectorcontrole. Encoders of resolversensoren worden meestal gebruikt om deze feedbacksignalen te leveren.
8. Temperatuursensor: De temperatuursensor wordt gebruikt om de temperatuur van de motor en de controller te bewaken om een veilige werking van het systeem te garanderen en oververhitting te voorkomen.
De samenwerking tussen deze modules zorgt ervoor dat de motorcontroller de motor efficiënt en nauwkeurig kan aansturen, terwijl de stabiliteit en veiligheid van het systeem gewaarborgd blijven.
