本文導(dǎo)讀

近年來(lái)，新能源汽車(chē)行業(yè)在全球范圍內(nèi)的發(fā)展如火如荼，相比傳統(tǒng)燃油車(chē)，新能源行業(yè)對(duì)整車(chē)熱管理系統(tǒng)提出了更加精細(xì)、嚴(yán)格的要求。ZLG-TMS熱管理方案將以客戶實(shí)際需求出發(fā)，為增強(qiáng)汽車(chē)熱管理能力提供匹配的技術(shù)路線。

車(chē)輛的新能源化已成為肩負(fù)未來(lái)出行、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、能源安全、空氣質(zhì)量改善等多重歷史使命的國(guó)家戰(zhàn)略。目前，全球累計(jì)銷(xiāo)售新能源汽車(chē)超過(guò)2000萬(wàn)輛，截至2022年11月，我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)售量已超過(guò)1100萬(wàn)輛，且仍保持快速上漲的趨勢(shì)，市場(chǎng)需求急劇上升。從熱管理技術(shù)角度來(lái)看，通過(guò)制冷及熱泵技術(shù)的完善，發(fā)展車(chē)輛綠色低碳特管理方法，提升熱管理效率，提高電池、電機(jī)溫度的控制精度，創(chuàng)造更舒適的車(chē)內(nèi)環(huán)境，成為打造我國(guó)乃至全球范圍內(nèi)更安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保的未來(lái)新能源汽車(chē)最重要的環(huán)節(jié)之一。

隨著新能源汽車(chē)E/E架構(gòu)的演變進(jìn)化，日益增長(zhǎng)汽車(chē)電子功能，使得線束主干越來(lái)越粗，分支越來(lái)越多，線束體積越來(lái)越大，同樣線束質(zhì)量也會(huì)隨之加重。為簡(jiǎn)化汽車(chē)線束鋪設(shè)面積、減輕線束質(zhì)量，適應(yīng)汽車(chē)電器功能的各項(xiàng)需求，域控制器在未來(lái)將廣泛應(yīng)用在新能源汽車(chē)上。

域控制器和熱管理

1. 熱管理

新能源汽車(chē)熱管理系統(tǒng)不僅要兼顧車(chē)室內(nèi)溫度的冷熱控制，更要對(duì)三電設(shè)備（電池、電機(jī)、電控）進(jìn)行更為精細(xì)化的溫度管理。隨著乘客對(duì)舒適性和安全性需求增加，一套多功能的熱管理系統(tǒng)將成為主流。因此，使用域控制器將三電設(shè)備和室內(nèi)的溫度管理設(shè)備集成，通過(guò)各散熱系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，調(diào)度關(guān)鍵部件溫度變化的安全裕度，使新能源汽車(chē)熱管理向著更為一體化的方向發(fā)展是新的趨勢(shì)。

如下圖1所示，傳統(tǒng)汽車(chē)熱管理主要包括了空調(diào)熱管理系統(tǒng)以及動(dòng)力總成的熱管理子系統(tǒng)。而電動(dòng)汽車(chē)的熱管理架構(gòu)則在燃油汽車(chē)熱管理架構(gòu)的基礎(chǔ)之上，又增加了電機(jī)電控?zé)峁芾硐到y(tǒng)以及電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。與燃油車(chē)不同的是，電動(dòng)車(chē)對(duì)溫度的變化更為敏感，溫度是決定其安全、性能及壽命的關(guān)鍵因素，熱管理是維持適宜溫度區(qū)間的必要手段。

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圖1汽車(chē)熱管理組成框圖

2. 域控制器

由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念和零部件供應(yīng)模式等因素的制約，汽車(chē)電子電氣系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)升級(jí)困難、電子部件冗余等問(wèn)題。域控制器在車(chē)輛上運(yùn)用，有效緩解這一難點(diǎn)，在提高經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上確保了安全。如下圖2所示為域控制器車(chē)內(nèi)架構(gòu)，該技術(shù)歸納起來(lái)共有四大優(yōu)點(diǎn)：

圖2域控制器車(chē)內(nèi)架構(gòu)

精簡(jiǎn)電子系統(tǒng)布局

現(xiàn)在車(chē)輛ECU平均為25個(gè)（高端車(chē)輛可能超過(guò)100個(gè)），通信線長(zhǎng)達(dá)6km，總重量超過(guò)70kg，并占據(jù)了大量空間。采用域控制器后，車(chē)輛ECU平均為16個(gè)，通信總線長(zhǎng)3.7km，總重量不到44kg，與傳統(tǒng)電子系統(tǒng)布局相比，精簡(jiǎn)了近40%。

提高智能化水平

域控制器一般使用多核CPU/GPU芯片，其運(yùn)算、存儲(chǔ)能力非常強(qiáng)大，為諸多智能化功能的實(shí)現(xiàn)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

降低車(chē)輛生產(chǎn)成本

域控制器的使用，可以大幅減少汽車(chē)控制單元的數(shù)量、縮短通信總線長(zhǎng)度、降低電子系統(tǒng)重量，從而降低車(chē)輛生產(chǎn)成本。據(jù)國(guó)內(nèi)某汽車(chē)制造廠統(tǒng)計(jì)，與傳統(tǒng)電子系統(tǒng)布局的車(chē)相比，采用域控制器的車(chē)，生產(chǎn)成本平均下降了3.1個(gè)百分點(diǎn)，市場(chǎng)銷(xiāo)售率增長(zhǎng)2.6倍。

提高安全防護(hù)性能

車(chē)輛行駛時(shí)間長(zhǎng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、軸承等關(guān)鍵部分磨損比較大，發(fā)生交通事故的概率較大。采用域控制器技術(shù)，可以第一時(shí)間采集發(fā)動(dòng)機(jī)或者機(jī)械部件等的運(yùn)行狀況，上報(bào)硬件錯(cuò)誤信息，方便售后中心同步讀取信息并制定維修方案。據(jù)隨機(jī)調(diào)研20名駕駛員，駕駛使用域控制器的車(chē)輛后，車(chē)輛行駛故障平均下降了4個(gè)百分點(diǎn)、出勤時(shí)間延長(zhǎng)17%。

熱管理電機(jī)控制

在域控制器協(xié)助新能源汽車(chē)熱管理技術(shù)向著一體化的方向發(fā)展中，新能源汽車(chē)熱管理分支很多，相應(yīng)需要域控制器控制的電機(jī)也很多。

TMS熱管理系統(tǒng)可以和空調(diào)控制器集成，也可以相互獨(dú)立。集成便于降低成本和管理；獨(dú)立則便于將安全節(jié)點(diǎn)和舒適性功能節(jié)點(diǎn)分隔，增強(qiáng)安全性。這里討論分開(kāi)的情況。除去空調(diào)控制器，TMS系統(tǒng)分為以下幾部分，如下圖所示：

圖3TMS系統(tǒng)框圖

由上圖3可知，TMS主要由三個(gè)中小功率的水泵和幾個(gè)小功率的開(kāi)關(guān)閥電機(jī)組成。開(kāi)關(guān)閥電機(jī)一般采用高邊控制，不需要調(diào)速和控制方向，比較簡(jiǎn)單。電池、采暖回路和電機(jī)相互之間的熱量循環(huán)主要由三個(gè)水泵完成，水泵均為三相無(wú)刷直流電機(jī)，要想達(dá)到較高的熱循環(huán)效率，需要域控制器同時(shí)控制三個(gè)水泵完成更為合理的熱狀態(tài)管理策略調(diào)度。域控制器需要支持超高的主頻來(lái)完成三個(gè)電機(jī)的控制算法和邏輯調(diào)度計(jì)算，需要足夠數(shù)量的PWM控制多個(gè)三相BLDC的相電壓，足夠數(shù)量的ADC采集每個(gè)電機(jī)的相電流等信息來(lái)完成閉環(huán)控制。

S32K3多電機(jī)控制外設(shè)

ZLG-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(dá)160MHZ。支持多個(gè)電機(jī)的PWM外設(shè)和多ADC獨(dú)立采樣，具有靈活的ADC觸發(fā)配置，完美支持多個(gè)BLDC和高低邊控制需求。同時(shí)，S32K3支持HSE-B安全加密子系統(tǒng)，可以良好支持security BOOT和OTA，非常適用于汽車(chē)應(yīng)用新需求。

如下圖4所示為方案框圖。ZLG-TMS熱管理域控制器方案三個(gè)水泵控制均采用無(wú)感FOC速度電流雙閉環(huán)矢量控制，效率高達(dá)95%以上，轉(zhuǎn)矩保持最高的同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平滑穩(wěn)定，對(duì)負(fù)載突變有良好的抗干擾性能。

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圖4ZLG-TMS系統(tǒng)框圖

ZLG多電機(jī)控制視頻

ZLG S32K3多電機(jī)控制方案優(yōu)勢(shì)

圖4ZLG-TMS系統(tǒng)框圖

功能特性：

支持超過(guò)三個(gè)以上BLDC的無(wú)感FOC速度電流雙閉環(huán)控制

支持多路High Side閥門(mén)控制

改進(jìn)FOC啟動(dòng)算法，6s內(nèi)快速啟動(dòng)電機(jī)

改進(jìn)FOC高速算法，最高轉(zhuǎn)速提升10%

支持靜止啟動(dòng)，零速啟動(dòng)

自動(dòng)補(bǔ)償算法

弱磁控制算法

完善的保護(hù)功能，過(guò)壓欠壓，過(guò)流、限流、堵轉(zhuǎn)、過(guò)溫、缺相保護(hù)等

上位機(jī)FreeMASTER已適配，三電機(jī)獨(dú)立配置界面

隨著新能源汽車(chē)的快速發(fā)展與新技術(shù)的出現(xiàn)，車(chē)載熱管理系統(tǒng)正面臨更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。ZLG可提供完善的TMS多電機(jī)控制方案，助力您在熱管理賽道上實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)。

審核編輯：劉清