联合电子电驱系统软件详解

联合电子作为国内优秀汽车零件供应商，致力于为用户提供先进的新能源汽车电力驱动产品。同时，联合电子利用软件功能来提升电力驱动系统的各项性能。

变开关频率控制技术

在电驱控制系统中，开关频率的选择是一大痛点，如果选用较高的开关频率，电流波形和母线电压波形平滑度较好，听觉噪声较小，但功率损耗较大，效率变低，EMC变差。如果选用较低的开关频率，可以降低逆变器损耗，提高效率，提高逆变器的最大电流能力，提高EMC性能，但如果设置不好，可能会影响电流波形和母线电压波形平滑度，使电机产生难听的噪音。

那要选择多少开关频率呢？不要纠结啦！联合电子开发了变频控制策略，根据不同工况进行理论计算，选择最合适的开关频率，控制逆变器电压电流纹波在合理范围内。

图1 不同开关频率下逆变器温度

变频控制策略有如下优点：

• 降低逆变器损耗
• 提升逆变器效率
• 最大电流输出能力得到提升

经过实验验证，城市道路较多的中低速工况，采用变开关频率控制算法，在保证不影响NVH和电压电流纹波等控制性能的同时，逆变器效率最大可提高5个百分点，同时可提高逆变器最大电流能力和EMC性能。

过调制区开关优化技术

现在你可能会问，基速区效率提高了，那在高速道路上运行较多的高速工况呢，放弃治疗了？答案当然是No！且看联合电子第二个法宝，先进的渐进过调制策略。由于受到IGBT最小开关时间的限制，如果采用传统的SVPWM（空间矢量脉冲宽度调制）控制，过调制区输出的占空比无法达到100%，而且会增加IGBT的无效开关。另一方面，即使采用六步法控制，又会存在SVPWM和六步法控制切换不平滑的问题。

联合电子开发了全新的调制算法，在过调制区，输出占空比可以达到100%，减少了大量无效开关，并且可以实现六步法控制的平滑切换。经过验证，新算法大大减少了无效开关的次数，提高电压利用率，提高最大功率，减小弱磁电流，大大提高电力电子控制器（PEU）在高速区效率。实验数据表明，在高速区效率最大可提高2~3个百分点，尤其可将PEU最大效率提高一个百分点。

在全速范围内优化逆变器效率，提高了产品的核心竞争力，同时在保证控制品质的同时，也提高了NVH和EMC性能，确保和提高了逆变器的输出能力，节约了硬件成本。过调制区开关优化技术与变开关频率技术结合使用，可将PEU的高效区面积（效率>90%）增加约3个百分点，以及NEDC工况平均效率，约3个百分点，逆变器最高效率达到99％。

图2 非过调制和变频控制电驱系统效率MAP图

图3 过调制与变频控制电驱系统效率MAP图

温度估算模型

虽然开发了这么多新算法来降损增效，但如果没有精准的温度估计，PEU也无法将它的输出能力发挥到极致。IGBT模组是逆变器的核心器件，IGBT芯片温度过高会造成寿命缩减甚至立即失效，逆变器的电流输出能力直接和IGBT模组温度相关受到其制约。虽然布置有NTC传感器，但其远离芯片且动态响应也远远落后于芯片温度，温度估计难度很大。

但联合电子有号称宇宙最准的温度模型，全工况结温估算误差在3度以内！只有准确的实时获取IGBT芯片温度才可以可靠的保护PEU并最大限度的动态释放PEU的最大电流能力。联合电子建立了IGBT 功率模组电气模型实时计算当前工况下的损耗功率，建立模组与水道的完整流固耦合热模型，根据损耗功率实时计算模块IGBT、Diode芯片和冷却液温度。控制系统根据IGBT、Diode芯片和冷却液温度对最大电流进行动态限制实现精确保护和释放最大电流能力；功率模块电气模型实时计算当前工况的母线电流。

优势如下：

• 提升PEU最大电流能力、性能潜力；
• 提升低速区域温度精度及动态特性；
• 提高热保护的可靠性；
• 节省水冷温度传感器，获得的冷却液温度用于整车热管理；
• 节省电流传感器，计算的母线电流可用于PEU诊断和整车应用。

六相电机控制

以上介绍了各种法宝来提高三相电机的效率与功率密度，有人会说三相电机高功率密度是有前提条件的，如何实现低输入电压，大功率输出呢？联合电子推出了多相控制方案——六相电机控制。双三相电机相对传统三相电机可大幅降低相电流额定值，削弱母线电流纹波、减小转矩脉动、提高系统效率，优异的容错性能可提高系统可靠性。但由于双定子绕组间耦合严重，电感磁链空间谐波显著，其存在较大电流谐波，为控制带来很大难度并降低系统效率。

图4 双三相永磁同步电机驱动系统拓扑

有如下优势：

• 六电机控制策略具有控制鲁棒性好、动态性能好、稳态电流波动小等优势，提升了控制器性能。
• 配合谐波抑制算法，进一步提升了电流品质，减小电流波动及一定程度抑制转矩脉动。

图5 无谐波抑制控制效果

图6 加入谐波抑制控制效果

小结

联合电子利用先进的软件技术，提高了电驱产品的效率和保护能力。新增的变开关频率控制，过调制区开关优化技术，温度估算模型，在不增加产品硬件成本的基础上，提高了逆变器的最高效率和热保护的可靠性。先进的六相电机控制技术，为电驱产品高功率密度输出提供了很好的解决方案。

联合电子将继续利用自身技术积累积极开拓新的技术应用在提升产品效率和功率密度。为提高终端用户满意度而不断努力