電機(jī)控制器

　　一、技術(shù)

　　電池技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及其控制技術(shù),、能量管理技術(shù)以及電動(dòng)汽車整車技術(shù)為電動(dòng)汽車四大關(guān)鍵技術(shù),。電控系統(tǒng)用于控制電池,、電機(jī)等組件,，其功能包括：電池管理,，發(fā)動(dòng)機(jī),、電動(dòng)機(jī)能量管理等,。電控系統(tǒng)由ECU 等控制系統(tǒng),、傳感器等感應(yīng)系統(tǒng)、駕駛員意圖識(shí)別等子系統(tǒng)組成,。電控系統(tǒng)的材料成本占比不高,，但需要經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)才能掌握關(guān)鍵算法，尤其是混合動(dòng)力汽車涉及油,、電混合的控制策略,，技術(shù)壁壘較高。

　　電機(jī)控制器作為新能源汽車中連接電池與電機(jī)的電能轉(zhuǎn)換單元,，是電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)的核心,，主要包含IGBT功率半導(dǎo)體模塊及其關(guān)聯(lián)電路等硬件部分以及電機(jī)控制算法及邏輯保護(hù)等軟件部分。

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)（包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器）是新能源汽車車輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu),，控制和驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo),。

　　一般來(lái)講，電機(jī)控制器的主要由如下幾部分組成：

　　1,、電子控制模塊（ElectronicController）包括硬件電路和相應(yīng)的控制軟件,。硬件電路主要包括微處理器及其最小系統(tǒng)、對(duì)電機(jī)電流,，電壓,，轉(zhuǎn)速，溫度等狀態(tài)的監(jiān)測(cè)電路,、各種硬件保護(hù)電路,，以及與整車控制器、電池管理系統(tǒng)等外部控制單元數(shù)據(jù)交互的通信電路,?？刂栖浖鶕?jù)不同類型電機(jī)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制算法。

　　2,、驅(qū)動(dòng)器（Driver）將微控制器對(duì)電機(jī)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)功率變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào),，并實(shí)現(xiàn)功率信號(hào)和控制信號(hào)的隔離。

　　3,、功率變換模塊（PowerConverter ）對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行控制,。電動(dòng)汽車經(jīng)常使用的功率器件有大功率晶體管、門極可關(guān)斷晶閘管,、功率場(chǎng)效應(yīng)管,、絕緣柵雙極晶體管以及智能功率模塊等,。

　　目前，電動(dòng)汽車電機(jī)控制器多采用三相全橋電壓型逆變電路拓?fù)?，部分產(chǎn)品前置雙向DC/DC變換器,，以增大電機(jī)端輸入交流電壓，提升高轉(zhuǎn)速下的輸出功率,，降低電機(jī)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)成本,。傳統(tǒng)控制器中直流支撐電容器體積龐大、耐高溫性能較差,。為減小直流支撐電容器體積甚至取消直流支撐電容器,，新型變換器電路拓?fù)浜涂刂品椒ǔ蔀殡妱?dòng)汽車應(yīng)用研究的新熱點(diǎn)，但尚處于實(shí)踐探索階段,。目前電動(dòng)汽車用變流器的研發(fā)重點(diǎn)仍然多集中在電力電子集成方面,。

　　綜合技術(shù)和市場(chǎng)趨勢(shì)分析，未來(lái),，車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)技術(shù)發(fā)展方向是永磁化,、數(shù)字化和集成化。

　　1,、永磁化指永磁電機(jī)具有功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高,、、便于維護(hù),。目前電機(jī)永磁化趨勢(shì)正凸顯,，一覽眾咨詢數(shù)據(jù)顯示，永磁同步電機(jī)在我國(guó)新能源汽車中的使用占比已超過(guò) 90%,。

　　2,、數(shù)字化包括驅(qū)動(dòng)控制的數(shù)字化、驅(qū)動(dòng)到數(shù)控系統(tǒng)接口的數(shù)字化和測(cè)量單元數(shù)字化,。用軟件最大程度地代替硬件,，具有保護(hù)、故障監(jiān)控,、自診斷等其他功能,。

　　3、集成化主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：1）電機(jī)方面：電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)總成,、電機(jī)與變速箱總成的集成化,；2）控制器方面：電力電子總成（功率器件、驅(qū)動(dòng),、控制,、傳感器、電源等）的集成化,。未來(lái)把電機(jī),、減速機(jī)、控制器一體化,，是一種趨勢(shì),，不僅減小了體積，更使得產(chǎn)品更加標(biāo)準(zhǔn)化,。

　　二,、市場(chǎng)

　　由于未來(lái)幾年新能源汽車市場(chǎng)將持續(xù)走好，該領(lǐng)域市場(chǎng)潛力將會(huì)逐漸釋放,，電機(jī)控制器市場(chǎng)規(guī)模也將逐漸提升,。目前客車電機(jī)控制器價(jià)格一般為3~5萬(wàn)元，乘用車電機(jī)控制器價(jià)格一般為0.6~1.5萬(wàn)元,。通過(guò)測(cè)算,，一覽眾咨詢預(yù)計(jì)到2020年，國(guó)內(nèi)新能源汽車電機(jī)控制器的市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)150億元,。（詳細(xì)測(cè)算依據(jù)見(jiàn)一覽眾咨詢出版的《2016-2020年中國(guó)新能源汽車電機(jī)及控制器市場(chǎng)投資報(bào)告》）,。

　　供應(yīng)鏈方面，電機(jī)控制器的開(kāi)發(fā)包括軟,、硬件設(shè)計(jì),。核心軟件一般由整車廠研發(fā)，硬件和底層驅(qū)動(dòng)軟件可選擇由汽車零部件廠商提供,。我國(guó)控制器硬件水平與國(guó)外存在一定差距,，產(chǎn)業(yè)化能力相對(duì)不足。大部分企業(yè)推出量產(chǎn)電動(dòng)汽車產(chǎn)品時(shí)更傾向于選擇國(guó)外整車控制器硬件供應(yīng)商,。另外,，控制器基礎(chǔ)硬件、開(kāi)發(fā)工具等基本依賴進(jìn)口,。

　　圖表 3  電機(jī)控制器產(chǎn)業(yè)鏈情況

　　企業(yè)類型方面,，目前主流電機(jī)控制企業(yè)主要分為兩類：一類是電動(dòng)汽車整車企業(yè)，其生產(chǎn)的電動(dòng)汽車電機(jī)控制器一般供給其整車產(chǎn)品,；另一類是電動(dòng)汽車零部件企業(yè),，其生產(chǎn)的電動(dòng)汽車電機(jī)控制器一般供給特定或非特定的整車企業(yè)。

　　在乘用車領(lǐng)域,，整車企業(yè)通常具備較強(qiáng)的綜合實(shí)力,，通常自主研發(fā)生產(chǎn)電動(dòng)汽車電機(jī)控制器，或者以自主研發(fā)生產(chǎn)為主,，適當(dāng)采購(gòu)零部件企業(yè)的產(chǎn)品為輔,；在客車領(lǐng)域，整車企業(yè)通常電機(jī)控制器研發(fā)經(jīng)驗(yàn)不足,，一般選擇外購(gòu)電動(dòng)汽車電機(jī)控制器,，少數(shù)規(guī)模較大的整車企業(yè)會(huì)選擇自主研發(fā)生產(chǎn)或者自主研發(fā)生產(chǎn)與外購(gòu)相結(jié)合的方式,。

　　雖然國(guó)內(nèi)外控制器技術(shù)存在差異，但從2015年開(kāi)始,，新能源汽車產(chǎn)品類型多樣化,，對(duì)不同的控制器需求更加豐富。單從數(shù)量來(lái)看,，目前我國(guó)電動(dòng)汽車電機(jī)控制器市場(chǎng)主要由國(guó)產(chǎn)品牌占據(jù),，外資產(chǎn)品因其價(jià)格較高等原因，在市場(chǎng)的培育和初期發(fā)展階段所占份額較小,。

　　三,、企業(yè)

　　目前國(guó)外新能源汽車以混合動(dòng)力為主，采用為永磁同步電機(jī)及控制器,。電機(jī)控制器生產(chǎn)企業(yè)主要有豐田,、本田、日立,、博世,、福特、通用,、明電舍電機(jī),、東芝、UQM 電機(jī),、AC PROPULSION,、ENOVA 電機(jī)、飛思卡爾,、MM 公司和日本安川電機(jī),。

　　近年來(lái)國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)新能源汽車及其核心部件的投入力度加大，電機(jī)控制器的發(fā)展快速?gòu)募夹g(shù)研究向產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方向發(fā)展,，先后出現(xiàn)了一些專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化公司,，逐步形成了有利于產(chǎn)品、降低成本的產(chǎn)業(yè)鏈,。