如何在不断增长的HEV/EV市场中优化您的汽车HVAC设计

随着混合动力汽车 （HEV） 和电动汽车 （EV） 在全球范围内的持续增长，汽车开发商比以往任何时候都更加创新以保持领先地位。虽然差异化HEV/EV动力总成系统传统上是一个重点领域，但市场领导者现在不能忽视差异化其HEV/EV热管理或供暖、通风和空调（HVAC）系统。热管理系统在HEV/EV中消耗的功率第二多（仅次于动力总成系统），直接影响行驶里程。

几十年来，内燃机（ICE）一直在运行车辆及其HVAC系统。在HEV / EV中，尺寸甚至没有ICE需要引入两个在HVAC系统中发挥作用的附加组件：

无刷直流 （BLDC） 电机，用于旋转交流压缩机，而不是发动机旋转。

用于加热冷却液的正温度系数 （PTC） 加热器（或热泵），而不是发动机加热冷却液。在热泵的情况下，电池热管理将热量从电池转移到机舱。热泵的集成最终导致更轻的重量，更长的驱动时间和更低的成本。

参见图1。

图1：HEV和EV的加热和冷却系统

在本文中，我们将概述与这些电子HVAC应用相关的设计挑战，并讨论实时控制性能、可扩展性和成本如何帮助应对这些挑战。

可靠的实时控制性能

高启动扭矩、高效率、低可闻噪声和低电磁干扰 （EMI） 是市场领先的电动压缩机系统的主要特性。

让我们回顾一下暖通空调性能的最重要元素，以及为什么考虑它们很重要：

高启动扭矩：具有高惯性的系统（如电动压缩机）需要高启动扭矩，以便尽快以首选速度运行压缩机电机，最终增加最终用户对HVAC系统的体验。

高效率：除HEV/EV动力总成系统外，电动压缩机系统的功耗在EV/HEV中最高：约5kW。因此，通过效率节省的任何功率都会延长行驶里程，这是HEV / EV开发商和消费者关注的问题。

低可听噪声和低 EMI：在内燃机车辆中，发动机已经可以听到，因此相比之下，来自 HVAC 系统的任何噪音都是微不足道的。但是，电动汽车和混合动力汽车容易受到可听见噪音的影响，这种噪音在没有发动机的安静车辆中尤为突出。HEV 和 EV 也容易受到电动压缩机所需的 BLDC 电机和电子设备的 EMI 的影响。HEV和EV中的电动压缩机组件不应增加任何类型的噪音，从而干扰现有系统或消费者的驾驶体验。

虽然电动压缩机产品的质量直接受到系统实时控制性能的影响，但传统的PTC加热器可以在没有它的情况下完全发挥作用，设计人员主要依靠成本来区分这些产品。PTC 加热器测量并控制流经系统的电流（使用单个电阻器），最终控制车内温度。

考虑到在单个系统上集成了多个电机，热泵确实依赖于强大的实时控制性能。系统和微控制器 （MCU） 架构在实现集成热泵系统的高效且经济控制方面发挥着重要作用。

图 2 中的框图显示了 TI C2000 实时 MCU 的架构和外设如何通过多电机控制实现热泵系统。

图 2：由 C2000 实时 MCU 控制的热泵系统

可扩展性

鉴于全球汽车原始设备制造商不断变化的趋势和不断变化的要求，利用兼容平台扩展不同应用需求的能力是当务之急。基于平台的汽车HVAC压缩机、PTC加热器和热泵设计方法有助于显著缩短开发时间和开发成本。特别是对于MCU，封装类型、引脚数、闪存、温度、功能安全（汽车安全完整性等级B）、网络安全、通信接口和成本方面的各种选项对于为汽车HVAC设计人员提供可扩展的平台至关重要。

成本

系统物料清单、开发资源和上市时间都是汽车暖通空调开发商的巨大成本。高性价比的组件（包括MCU）、利用可扩展平台的能力和参考设计有助于解决这些问题。

TI 的高压 EV/HEV E-COMPRESSOR 电机控制参考设计是专为 EV/HEV 电动压缩机应用构建的高压 5kW 参考设计，由 C2000 TMS320F2800157-Q1 实时 MCU 控制。该参考设计展示了针对 HEV/EV 电动压缩机设计在性能、可扩展性和成本方面的一些挑战的解决方案。

在此处查看此参考设计的实际应用： 电动汽车暖通空调电动压缩机电机控制

结论

HEV和EV的采用将在未来几十年内建立，因此将采用电子解决方案进行HVAC控制。这些车辆中的汽车HVAC子系统需要带来设计挑战的组件，例如可靠的实时控制，可扩展性和成本。借助 C2000 实时 MCU 和参考解决方案，您可以顺利地从 ICE 转向 HEV 和 EV HVAC 系统。

审核编辑 黄宇