TMS多电机控制方案助力在热管理赛道上实现弯道超车

本文导读

近年来，新能源汽车行业在全球范围内的发展如火如荼，相比传统燃油车，新能源行业对整车热管理系统提出了更加精细、严格的要求。ZLG-TMS热管理方案将以客户实际需求出发，为增强汽车热管理能力提供匹配的技术路线。

车辆的新能源化已成为肩负未来出行、产业发展、能源安全、空气质量改善等多重历史使命的国家战略。目前，全球累计销售新能源汽车超过2000万辆，截至2022年11月，我国新能源汽车销售量已超过1100万辆，且仍保持快速上涨的趋势，市场需求急剧上升。从热管理技术角度来看，通过制冷及热泵技术的完善，发展车辆绿色低碳特管理方法，提升热管理效率，提高电池、电机温度的控制精度，创造更舒适的车内环境，成为打造我国乃至全球范围内更安全、舒适、节能、环保的未来新能源汽车最重要的环节之一。  

随着新能源汽车E/E架构的演变进化，日益增长汽车电子功能，使得线束主干越来越粗，分支越来越多，线束体积越来越大，同样线束质量也会随之加重。为简化汽车线束铺设面积、减轻线束质量，适应汽车电器功能的各项需求，域控制器在未来将广泛应用在新能源汽车上。      

域控制器和热管理

1. 热管理

新能源汽车热管理系统不仅要兼顾车室内温度的冷热控制，更要对三电设备（电池、电机、电控）进行更为精细化的温度管理。随着乘客对舒适性和安全性需求增加，一套多功能的热管理系统将成为主流。因此，使用域控制器将三电设备和室内的温度管理设备集成，通过各散热系统的协调设计，调度关键部件温度变化的安全裕度，使新能源汽车热管理向着更为一体化的方向发展是新的趋势。  

如下图1所示，传统汽车热管理主要包括了空调热管理系统以及动力总成的热管理子系统。而电动汽车的热管理架构则在燃油汽车热管理架构的基础之上，又增加了电机电控热管理系统以及电池热管理系统。与燃油车不同的是，电动车对温度的变化更为敏感，温度是决定其安全、性能及寿命的关键因素，热管理是维持适宜温度区间的必要手段。    

 

图1 汽车热管理组成框图

2. 域控制器  

由于传统设计理念和零部件供应模式等因素的制约，汽车电子电气系统存在结构复杂、维护升级困难、电子部件冗余等问题。域控制器在车辆上运用，有效缓解这一难点，在提高经济效益的基础上确保了安全。如下图2所示为域控制器车内架构，该技术归纳起来共有四大优点：  

图2 域控制器车内架构  

精简电子系统布局

现在车辆ECU平均为25个（高端车辆可能超过100个），通信线长达6km，总重量超过70kg，并占据了大量空间。采用域控制器后，车辆ECU平均为16个，通信总线长3.7km，总重量不到44kg，与传统电子系统布局相比，精简了近40%。  

提高智能化水平

域控制器一般使用多核CPU/GPU芯片，其运算、存储能力非常强大，为诸多智能化功能的实现奠定了物质基础。  

降低车辆生产成本

域控制器的使用，可以大幅减少汽车控制单元的数量、缩短通信总线长度、降低电子系统重量，从而降低车辆生产成本。据国内某汽车制造厂统计，与传统电子系统布局的车相比，采用域控制器的车，生产成本平均下降了3.1个百分点，市场销售率增长2.6倍。  

提高安全防护性能

车辆行驶时间长后，发动机、底盘、轴承等关键部分磨损比较大，发生交通事故的概率较大。采用域控制器技术，可以第一时间采集发动机或者机械部件等的运行状况，上报硬件错误信息，方便售后中心同步读取信息并制定维修方案。据随机调研20名驾驶员，驾驶使用域控制器的车辆后，车辆行驶故障平均下降了4个百分点、出勤时间延长17%。    

热管理电机控制

在域控制器协助新能源汽车热管理技术向着一体化的方向发展中，新能源汽车热管理分支很多，相应需要域控制器控制的电机也很多。

TMS热管理系统可以和空调控制器集成，也可以相互独立。集成便于降低成本和管理；独立则便于将安全节点和舒适性功能节点分隔，增强安全性。这里讨论分开的情况。除去空调控制器，TMS系统分为以下几部分，如下图所示：

图3 TMS系统框图  

由上图3可知，TMS主要由三个中小功率的水泵和几个小功率的开关阀电机组成。开关阀电机一般采用高边控制，不需要调速和控制方向，比较简单。电池、采暖回路和电机相互之间的热量循环主要由三个水泵完成，水泵均为三相无刷直流电机，要想达到较高的热循环效率，需要域控制器同时控制三个水泵完成更为合理的热状态管理策略调度。域控制器需要支持超高的主频来完成三个电机的控制算法和逻辑调度计算，需要足够数量的PWM控制多个三相BLDC的相电压，足够数量的ADC采集每个电机的相电流等信息来完成闭环控制。    

S32K3多电机控制外设

ZLG-TMS热管理域控制器方案使用NXP S32K3系列做主控制器，双核Cortex-M7，主频高达160MHZ。支持多个电机的PWM外设和多ADC独立采样，具有灵活的ADC触发配置，完美支持多个BLDC和高低边控制需求。同时，S32K3支持HSE-B安全加密子系统，可以良好支持security BOOT和OTA，非常适用于汽车应用新需求。

如下图4所示为方案框图。ZLG-TMS热管理域控制器方案三个水泵控制均采用无感FOC速度电流双闭环矢量控制，效率高达95%以上，转矩保持最高的同时运转平滑稳定，对负载突变有良好的抗干扰性能。

   

图4 ZLG-TMS系统框图  

ZLG多电机控制视频

ZLG S32K3多电机控制方案优势

   

图4 ZLG-TMS系统框图

功能特性：

支持超过三个以上BLDC的无感FOC速度电流双闭环控制

支持多路High Side阀门控制

改进FOC启动算法，6s内快速启动电机

改进FOC高速算法，最高转速提升10%

支持静止启动，零速启动

自动补偿算法

弱磁控制算法

完善的保护功能，过压欠压，过流、限流、堵转、过温、缺相保护等

上位机FreeMASTER已适配，三电机独立配置界面

 随着新能源汽车的快速发展与新技术的出现，车载热管理系统正面临更为严峻的挑战。ZLG可提供完善的TMS多电机控制方案，助力您在热管理赛道上实现弯道超车。

审核编辑：刘清