适于电动汽车的汽车级永磁同步电机控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动汽车，尤其是涉及适于电动汽车的汽车级永磁同步电机控制器。
【背景技术】
[0002]传统的电动汽车用永磁同步电机控制器采用工业级模块设计，其功率模块采用了工业级器件设计，大大降低了车用电机控制器的稳定性和可靠性，但在大功率应用场合时，该控制器容易损坏而造成车辆故障多发，且安全级别较低，已不能满足电动汽车高稳定和高可靠性的需求。随着电力电子技术的发展和新能源汽车控制系统的发展，越来越多的汽车级驱动模块和器件趋于成熟和量产，因此为研发出高可靠性、高稳定性和高安全性的汽车级电机控制器奠定了重要基础。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种适于电动汽车的汽车级永磁同步电机控制器。
[0004]为实现上述目的，本发明采取下述技术方案:
本发明所述适于电动汽车的汽车级永磁同步电机控制器，包括设置在带有密封盖的壳体内的控制单元；所述控制单元电源输入端经电源隔离模块与车载12V直流电源连接；控制单元的信号接口设置在壳体的侧壁上，信号接口用于分别通过can总线与整车控制器VCU连接、通过标定can总线与进行参数标定和程序下载功能的标定上位机连接、通过信号线与设置在永磁同步电机轴上的旋转变压器信号输出端连接；在壳体的另一侧壁上设置有用于与永磁同步电机三相电源输入端连接的高压接口，所述高压接口输入端通过母排与固定在壳体内的功率模块连接，所述功率模块输入控制端经PWM驱动模块与控制单元的输出控制端连接，功率模块的电源输入端经滤波电容、固定在壳体侧壁上的接线端子与车载高压锂电池组的正、负极连接；套装在母排上的电流互感器信号输出端与信号接口连接；功率模块的散热体安装在壳体底部的密封水槽内，所述密封水槽的进、出水管接头设置在壳体的侧壁上；控制单元通过托盘固定在壳体内，PWM驱动模块焊接在功率模块上。
[0005]所述控制单元包括32位嵌入式微控制器，所述32位嵌入式微控制器的通信接口通过can总线隔离电路、can总线驱动电路与所述信号接口连接；32位嵌入式微控制器的信号输入接口通过旋转变压器隔离电路、旋转变压器解码电路与信号接口连接，并通过模拟量隔离电路和模拟量采集电路与信号接口连接；32位嵌入式微控制器的输出控制端通过PWM驱动逻辑和隔离电路与PWM驱动模块输入端连接。
[0006]本发明优点在于采用汽车级功率模块和汽车级安全控制芯片，同时充分考虑了电磁兼容性，结构简单紧凑易于装配，各部件设计易于产品化，并具有较高的安全性、稳定性和可靠性。
【附图说明】
[0007]图1是本发明的电路原理框图。
[0008]图2是图1中所述控制单元的电路原理框图。
[0009]图3是本发明的轴测装配结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]如图1-3所示，本发明所述适于电动汽车的汽车级永磁同步电机控制器，包括设置在带有密封盖I的壳体2内的控制单元3 ;所述控制单元3电源输入端经电源隔离模块与车载12V直流电源连接；控制单元3的信号接口 4设置在壳体2的侧壁上，信号接口 4用于分别通过can总线与整车控制器VCU连接、通过标定can总线与进行参数标定和程序下载功能的标定上位机连接、通过信号线与设置在永磁同步电机轴上的旋转变压器信号输出端连接；在壳体2的另一侧壁上设置有用于与永磁同步电机三相电源输入端连接的高压接口 5，所述高压接口 5输入端通过母排6与固定在壳体2内的功率模块7连接，所述功率模块7输入控制端经PWM驱动模块8与控制单元3的输出控制端连接，功率模块7的电源输入端经滤波电容9、固定在壳体2侧壁上的接线端子10与车载高压锂电池组的正、负极连接；套装在母排6上的电流互感器11信号输出端与信号接口 4连接；功率模块7的散热体安装在壳体2底部的密封水槽12内，所述密封水槽12的进、出水管接头13、14设置在壳体2的侧壁上；控制单元3通过托盘固定在壳体2内，PWM驱动模块8焊接在功率模块7上。
[0011]所述控制单元3采用32位嵌入式微控制器，所述32位嵌入式微控制器的通信接口通过can总线隔离电路、can总线驱动电路与所述信号接口 4连接；32位嵌入式微控制器的信号输入接口通过旋转变压器隔离电路、旋转变压器解码电路与信号接口 4连接，并通过模拟量隔离电路和模拟量采集电路与信号接口 4连接；32位嵌入式微控制器的输出控制端通过PWM驱动逻辑和隔离电路与PWM驱动模块输入端连接。
[0012]本发明设计原理简述如下:
1、汽车级功率模块7采用Infineon的HPII功率模块，将汽车级功率模块7的散热体嵌入到水槽12中并用密封圈和螺钉固定于壳体2底部，，将控制器和功率模块7工作时产生的热量循环散出，优化了冷却性能；
2、PWM驱动模块8采用concept公司的专用功率驱动模块，直接焊接到汽车级功率模块7上，滤波电容9采用法拉的600V高压薄膜电容，能承受很大的纹波电流，滤波电容9其中6个管脚直接固定在汽车级功率模块7上；
3、高压接口5采用Amphenol的汽车级连接器，高压接口 5通过母排6与汽车级功率模块7连接，高压接口 5固定在壳体2侧壁上，结构上采用直流高压和交流高压分离布置，避免相互干扰；
4、母排6选用导电性能优良、抗拉强度高的紫铜排，母排6截面积20mm2，能通过480A电流，电流互感器11采用LEM的5V汽车级电流传感器，包括母线电流传感器和相电流传感器，电流互感器11固定于母排6上，控制单元3固定到托盘上，与PWM驱动模块8进行隔离；控制单元3主芯片采用符合ISO 26262标准和符合安全认证的双核汽车级控制器芯片MPC5744PC32位嵌入式微控制器)，包含有PWM驱动电路、旋转变压器解码电路、模拟量采集电路、数字量采集电路、复位电路、时钟电路、过流保护电路、过压保护电路、can通讯驱动电路、EEPROM存储电路；其中PWM驱动电路、旋转变压器解码电路、数字量采集电路和can通讯驱动电路均采用光电隔离电路； 5、信号接口 4采用电路板直出方式，不需走线，并与高压接口 5分离布置在壳体2的不同侧壁上，避免了相互干扰；壳体2的结构采用铝合金材料，按照IP67防护等级设计。
[0013]6、标定上位机通过标定can总线与控制单元3相连，实现对控制器进行参数标定和程序下载功能。控制器控制单元3采用SVPWM矢量控制算法，通过CLARK和PARK坐标系变换，运用PI调节器分别控制磁通分量和转矩分量，通过SVPWM矢量合成算法实现控制输出到PWM驱动模块8，通过PWM驱动模块8驱动汽车级功率模块7驱动永磁同步电机，实现对永磁同步电机运转的控制。控制单元3程序设计有速度控制模式和转矩控制模式两种控制模式，控制单元3通过整车can总线接收整车控制指令，并根据整车控制指令实现两种控制模式切换，故障中断程序实现永磁同步电机超速、功率模块故障等系统故障保护，控制程序采用双核锁步工作模式，在锁步模式下运行这两个内核，比较结果，确保冗余处理产生完全相同的结果。如未获得完全相同的结果，则视为发生了故障，并标记故障执行重启，增强了本发明的安全性和可靠性。控制单元3根据CCP协议设计了 CCP底层驱动程序，通过控制电路的CCP标定can总线实现对电机参数和控制参数的标定，实现本发明在线下载和在线标定功能。
【主权项】
1.一种适于电动汽车的汽车级永磁同步电机控制器，包括设置在带有密封盖(I)的壳体(2)内的控制单元(3);其特征在于:所述控制单元(3)电源输入端经电源隔离模块与车载12V直流电源连接；控制单元(3)的信号接口(4)设置在壳体(2)的侧壁上，信号接口(4)用于分别通过can总线与整车控制器VCU连接、通过标定can总线与进行参数标定和程序下载功能的标定上位机连接、通过信号线与设置在永磁同步电机轴上的旋转变压器信号输出端连接；在壳体(2)的另一侧壁上设置有用于与永磁同步电机三相电源输入端连接的高压接口(5)，所述高压接口(5)输入端通过母排(6)与固定在壳体(2)内的功率模块(7)连接，所述功率模块(7)输入控制端经PWM驱动模块(8)与控制单元(3)的输出控制端连接，功率模块(7)的电源输入端经滤波电容(9)、固定在壳体(2)侧壁上的接线端子(10)与车载高压锂电池组的正、负极连接；套装在母排(6)上的电流互感器(11)信号输出端与信号接口(4)连接；功率模块(7)的散热体安装在壳体(2)底部的密封水槽(12)内，所述密封水槽(12)的进、出水管接头(13、14)设置在壳体(2)的侧壁上；控制单元(3)通过托盘固定在壳体(2)内，PWM驱动模块(8)焊接在功率模块(7)上。2.根据权利要求1所述适于电动汽车的汽车级永磁同步电机控制器，其特征在于:所述控制单元(3)包括32位嵌入式微控制器，所述32位嵌入式微控制器的通信接口通过can总线隔离电路、can总线驱动电路与所述信号接口(4)连接；32位嵌入式微控制器的信号输入接口通过旋转变压器隔离电路、旋转变压器解码电路与信号接口( 4)连接，并通过模拟量隔离电路和模拟量采集电路与信号接口(4)连接；32位嵌入式微控制器的输出控制端通过PWM驱动逻辑和隔离电路与PWM驱动模块输入端连接。
【专利摘要】本发明公开了一种适于电动汽车的汽车级永磁同步电机控制器，包括设置在带有密封盖的壳体内的控制单元；控制单元电源输入端经电源隔离模块与车载12V直流电源连接；控制单元的信号接口设置在壳体的侧壁上，信号接口用于分别通过can总线与整车控制器VCU连接、通过标定can总线与进行参数标定和程序下载功能的标定上位机连接、通过信号线与设置在永磁同步电机轴上的旋转变压器信号输出端连接。本发明优点在于采用汽车级功率模块和汽车级安全控制芯片，同时充分考虑了电磁兼容性，结构简单紧凑易于装配，各部件设计易于产品化，并具有较高的安全性、稳定性和可靠性。
【IPC分类】B60L15/00
【公开号】CN104943562
【申请号】CN201510370371
【发明人】杨小兵, 路高磊, 王发群, 申超, 袁建州, 于丽娜, 李志鹏, 付攀, 张峰, 范佳佳, 刘建, 李伟
【申请人】郑州日产汽车有限公司
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月30日