電機控制器

　　電機控制器

　　一、技術(shù)

　　電池技術(shù)、電機驅(qū)動及其控制技術(shù)、能量管理技術(shù)以及電動汽車整車技術(shù)為電動汽車四大關(guān)鍵技術(shù)。電控系統(tǒng)用于控制電池、電機等組件，其功能包括：電池管理，發(fā)動機、電動機能量管理等。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)過多次試驗才能掌握關(guān)鍵算法，尤其是混合動力汽車涉及油、電混合的控制策略，技術(shù)壁壘較高。

　　電機控制器作為新能源汽車中連接電池與電機的電能轉(zhuǎn)換單元，是電機驅(qū)動及控制系統(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控制算法及邏輯保護等軟件部分。

　　電機驅(qū)動控制系統(tǒng)（包括驅(qū)動電機和電機控制器）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)動特性決定了汽車行駛的主要性能指標。

　　一般來講，電機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)、對電機電流，電壓，轉(zhuǎn)速，溫度等狀態(tài)的監(jiān)測電路、各種硬件保護電路，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。控制軟件根據(jù)不同類型電機的特點實現(xiàn)相應(yīng)的控制算法。

　　2、驅(qū)動器（Driver）將微控制器對電機的控制信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動功率變換器的驅(qū)動信號，并實現(xiàn)功率信號和控制信號的隔離。

　　3、功率變換模塊（PowerConverter ）對電機電流進行控制。電動汽車經(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，電動汽車電機控制器多采用三相全橋電壓型逆變電路拓撲，部分產(chǎn)品前置雙向DC/DC變換器，以增大電機端輸入交流電壓，提升高轉(zhuǎn)速下的輸出功率，降低電機設(shè)計與生產(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，新型變換器電路拓撲和控制方法成為電動汽車應(yīng)用研究的新熱點，但尚處于實踐探索階段。目前電動汽車用變流器的研發(fā)重點仍然多集中在電力電子集成方面。

　　綜合技術(shù)和市場趨勢分析，未來，車用驅(qū)動電機系統(tǒng)的三個技術(shù)發(fā)展方向是永磁化、數(shù)字化和集成化。

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

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

　　3、集成化主要體現(xiàn)在兩個方面：1）電機方面：電機與發(fā)動機總成、電機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、控制、傳感器、電源等）的集成化。未來把電機、減速機、控制器一體化，是一種趨勢，不僅減小了體積，更使得產(chǎn)品更加標準化。

　　二、市場

　　由于未來幾年新能源汽車市場將持續(xù)走好，該領(lǐng)域市場潛力將會逐漸釋放，電機控制器市場規(guī)模也將逐漸提升。目前客車電機控制器價格一般為3~5萬元，乘用車電機控制器價格一般為0.6~1.5萬元。通過測算，一覽眾咨詢預(yù)計到2020年，國內(nèi)新能源汽車電機控制器的市場規(guī)模將超過150億元。（詳細測算依據(jù)見一覽眾咨詢出版的《2016-2020年中國新能源汽車電機及控制器市場投資報告》）。

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

　　圖表 3  電機控制器產(chǎn)業(yè)鏈情況

　　企業(yè)類型方面，目前主流電機控制企業(yè)主要分為兩類：一類是電動汽車整車企業(yè)，其生產(chǎn)的電動汽車電機控制器一般供給其整車產(chǎn)品；另一類是電動汽車零部件企業(yè)，其生產(chǎn)的電動汽車電機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)通常具備較強的綜合實力，通常自主研發(fā)生產(chǎn)電動汽車電機控制器，或者以自主研發(fā)生產(chǎn)為主，適當采購零部件企業(yè)的產(chǎn)品為輔；在客車領(lǐng)域，整車企業(yè)通常電機控制器研發(fā)經(jīng)驗不足，一般選擇外購電動汽車電機控制器，少數(shù)規(guī)模較大的整車企業(yè)會選擇自主研發(fā)生產(chǎn)或者自主研發(fā)生產(chǎn)與外購相結(jié)合的方式。

　　雖然國內(nèi)外控制器技術(shù)存在差異，但從2015年開始，新能源汽車產(chǎn)品類型多樣化，對不同的控制器需求更加豐富。單從數(shù)量來看，目前我國電動汽車電機控制器市場主要由國產(chǎn)品牌占據(jù)，外資產(chǎn)品因其價格較高等原因，在市場的培育和初期發(fā)展階段所占份額較小。

　　三、企業(yè)

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

　　近年來國內(nèi)企業(yè)對新能源汽車及其核心部件的投入力度加大，電機控制器的發(fā)展快速從技術(shù)研究向產(chǎn)品開發(fā)方向發(fā)展，先后出現(xiàn)了一些專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)車用電機驅(qū)動系統(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。