隨著混合動(dòng)力汽車 （HEV） 和電動(dòng)汽車 （EV） 在全球范圍內(nèi)的持續(xù)增長(zhǎng)，汽車開發(fā)商比以往任何時(shí)候都更加創(chuàng)新以保持領(lǐng)先地位。雖然差異化HEV/EV動(dòng)力總成系統(tǒng)傳統(tǒng)上是一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域，但市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者現(xiàn)在不能忽視差異化其HEV/EV熱管理或供暖、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)。熱管理系統(tǒng)在HEV/EV中消耗的功率第二多（僅次于動(dòng)力總成系統(tǒng)），直接影響行駛里程。

幾十年來(lái)，內(nèi)燃機(jī)（ICE）一直在運(yùn)行車輛及其HVAC系統(tǒng)。在HEV / EV中，尺寸甚至沒(méi)有ICE需要引入兩個(gè)在HVAC系統(tǒng)中發(fā)揮作用的附加組件：

無(wú)刷直流 （BLDC） 電機(jī)，用于旋轉(zhuǎn)交流壓縮機(jī)，而不是發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。

用于加熱冷卻液的正溫度系數(shù) （PTC） 加熱器（或熱泵），而不是發(fā)動(dòng)機(jī)加熱冷卻液。在熱泵的情況下，電池?zé)峁芾韺崃繌碾姵剞D(zhuǎn)移到機(jī)艙。熱泵的集成最終導(dǎo)致更輕的重量，更長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間和更低的成本。

參見圖1。

圖1：HEV和EV的加熱和冷卻系統(tǒng)

在本文中，我們將概述與這些電子HVAC應(yīng)用相關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并討論實(shí)時(shí)控制性能、可擴(kuò)展性和成本如何幫助應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

可靠的實(shí)時(shí)控制性能

高啟動(dòng)扭矩、高效率、低可聞噪聲和低電磁干擾 （EMI） 是市場(chǎng)領(lǐng)先的電動(dòng)壓縮機(jī)系統(tǒng)的主要特性。

讓我們回顧一下暖通空調(diào)性能的最重要元素，以及為什么考慮它們很重要：

高啟動(dòng)扭矩：具有高慣性的系統(tǒng)（如電動(dòng)壓縮機(jī)）需要高啟動(dòng)扭矩，以便盡快以首選速度運(yùn)行壓縮機(jī)電機(jī)，最終增加最終用戶對(duì)HVAC系統(tǒng)的體驗(yàn)。

高效率：除HEV/EV動(dòng)力總成系統(tǒng)外，電動(dòng)壓縮機(jī)系統(tǒng)的功耗在EV/HEV中最高：約5kW。因此，通過(guò)效率節(jié)省的任何功率都會(huì)延長(zhǎng)行駛里程，這是HEV / EV開發(fā)商和消費(fèi)者關(guān)注的問(wèn)題。

低可聽噪聲和低 EMI：在內(nèi)燃機(jī)車輛中，發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)可以聽到，因此相比之下，來(lái)自 HVAC 系統(tǒng)的任何噪音都是微不足道的。但是，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車容易受到可聽見噪音的影響，這種噪音在沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)的安靜車輛中尤為突出。HEV 和 EV 也容易受到電動(dòng)壓縮機(jī)所需的 BLDC 電機(jī)和電子設(shè)備的 EMI 的影響。HEV和EV中的電動(dòng)壓縮機(jī)組件不應(yīng)增加任何類型的噪音，從而干擾現(xiàn)有系統(tǒng)或消費(fèi)者的駕駛體驗(yàn)。

雖然電動(dòng)壓縮機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量直接受到系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制性能的影響，但傳統(tǒng)的PTC加熱器可以在沒(méi)有它的情況下完全發(fā)揮作用，設(shè)計(jì)人員主要依靠成本來(lái)區(qū)分這些產(chǎn)品。PTC 加熱器測(cè)量并控制流經(jīng)系統(tǒng)的電流（使用單個(gè)電阻器），最終控制車內(nèi)溫度。

考慮到在單個(gè)系統(tǒng)上集成了多個(gè)電機(jī)，熱泵確實(shí)依賴于強(qiáng)大的實(shí)時(shí)控制性能。系統(tǒng)和微控制器 （MCU） 架構(gòu)在實(shí)現(xiàn)集成熱泵系統(tǒng)的高效且經(jīng)濟(jì)控制方面發(fā)揮著重要作用。

圖 2 中的框圖顯示了 TI C2000 實(shí)時(shí) MCU 的架構(gòu)和外設(shè)如何通過(guò)多電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)熱泵系統(tǒng)。

圖 2：由 C2000 實(shí)時(shí) MCU 控制的熱泵系統(tǒng)

可擴(kuò)展性

鑒于全球汽車原始設(shè)備制造商不斷變化的趨勢(shì)和不斷變化的要求，利用兼容平臺(tái)擴(kuò)展不同應(yīng)用需求的能力是當(dāng)務(wù)之急?；谄脚_(tái)的汽車HVAC壓縮機(jī)、PTC加熱器和熱泵設(shè)計(jì)方法有助于顯著縮短開發(fā)時(shí)間和開發(fā)成本。特別是對(duì)于MCU，封裝類型、引腳數(shù)、閃存、溫度、功能安全（汽車安全完整性等級(jí)B）、網(wǎng)絡(luò)安全、通信接口和成本方面的各種選項(xiàng)對(duì)于為汽車HVAC設(shè)計(jì)人員提供可擴(kuò)展的平臺(tái)至關(guān)重要。

成本

系統(tǒng)物料清單、開發(fā)資源和上市時(shí)間都是汽車暖通空調(diào)開發(fā)商的巨大成本。高性價(jià)比的組件（包括MCU）、利用可擴(kuò)展平臺(tái)的能力和參考設(shè)計(jì)有助于解決這些問(wèn)題。

TI 的高壓 EV/HEV E-COMPRESSOR 電機(jī)控制參考設(shè)計(jì)是專為 EV/HEV 電動(dòng)壓縮機(jī)應(yīng)用構(gòu)建的高壓 5kW 參考設(shè)計(jì)，由 C2000 TMS320F2800157-Q1 實(shí)時(shí) MCU 控制。該參考設(shè)計(jì)展示了針對(duì) HEV/EV 電動(dòng)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)在性能、可擴(kuò)展性和成本方面的一些挑戰(zhàn)的解決方案。

在此處查看此參考設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用： 電動(dòng)汽車暖通空調(diào)電動(dòng)壓縮機(jī)電機(jī)控制

結(jié)論

HEV和EV的采用將在未來(lái)幾十年內(nèi)建立，因此將采用電子解決方案進(jìn)行HVAC控制。這些車輛中的汽車HVAC子系統(tǒng)需要帶來(lái)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的組件，例如可靠的實(shí)時(shí)控制，可擴(kuò)展性和成本。借助 C2000 實(shí)時(shí) MCU 和參考解決方案，您可以順利地從 ICE 轉(zhuǎn)向 HEV 和 EV HVAC 系統(tǒng)。

審核編輯黃宇