本文導讀

新能源汽車因驅動原理的不同，從根本上促進了整車熱管理系統的升級變革。立功科技推出全面升級的熱管理域控制器TMS方案，完美適配新能源車熱管理系統集成度高，控制邏輯復雜的特點。 熱管理系統在新能源汽車上是至關重要的一個組成部分。它們通過各種傳感器、控制模塊和降溫設備，確保汽車在一個安全和穩定的溫度范圍內運行，并且提高整個系統的效率和壽命。

高集成熱管理域控制器的優勢及趨勢

1.1 趨勢

高度集成化是熱管理未來發展核心。通過對比新能源車代表車型特斯拉Model S到Model Y的熱管理發展過程，觀察熱管理系統的集成高效化演變。 第一代熱管理系統：電池采用風冷或液冷、空調采用PTC制熱、電驅系統采用液冷，三個回路間基本保持并聯，相互獨立運行；第二代熱管理系統：電池液冷、PTC制熱，電機電控液冷，開始結合熱泵技術，系統間串聯程度加深，零部件集成化；第三代熱管理系統：熱泵空調制熱全面取代PTC制熱，應用電機堵轉加熱回收技術，使用更多通斷閥使系統相互串聯，回路復雜且進一步高度集成。

圖1 汽車熱管理組成框架

1.2 優勢

從熱管理系統的演變過程可以看出熱管理的發展即是零部件集成化，能量利用高效化的過程。在零部件集成的同時，集成熱管理域控制器有以下優勢：

1. 提高系統效率；

2. 降低成本；

3. 小型化；

4. 更高的可靠性；

5. 更好的用戶體驗。

熱管理電機應用

熱管理系統升級背景下，立功科技推出新一代熱管理域控制器方案，完美適配新能源車快速發展的熱管理系統。立功科技基于NXP汽車級S32K324雙核高性能通用微控制器，支持多路溫度、PWM控制信號采集；支持同時控制三個三相直流無刷電機，一個大功率直流有刷伺服電機，五個小功率直流有刷伺服電機和三個步進電機，下面分別介紹各類電機在熱管理系統中的實際應用。

2.1 步進電機

步進電機在熱管理系統中一般用在空調出風口，因空調出風口控制精度要求不嚴格，故步進電機采用開環控制。立功科技Demo在開環控制中進一步優化采用控制更加精細的微步開環控制。如下圖2所示，微步控制是一種高精度、高分辨率的控制方式，原理是通過打開和關閉兩個繞組并逐步改變兩個繞組的電流比，以基本步距角更精細的微步距角去旋轉。

圖2 步進電機控制圖

2.2 直流有刷伺服電機

汽車自動空調的恒溫、模式等功能都是通過直流有刷伺服電機驅動，又稱為風門電機。直流有刷伺服電機具有體積小、可靠性高、技術發展成熟維護方便等優勢，在汽車空調中廣泛采用直流伺服電機來驅動空調風門，在空調中根據應用可分為冷暖風門電機、模式風門電機及內外循環風門電機三大類。

下圖3是三類電機的功能圖。冷暖風門電機用于調節流過蒸發器的冷風和暖風芯體熱風的比例，從而調節出風口溫度；模式風門電機用于切換空調的出風口模式，一般包括吹臉、吹腳、除霜等模式，可根據用戶使用需求進行自動切換；內外循環風門電機用于調節汽車空調的內外循環。



圖3 風門電機功能圖

2.3 直流無刷電機

直流無刷電機效率高，控制精細，壽命長，噪音小，但控制相對復雜，主要應用在熱管理系統中的電子水泵、散熱鼓風機、電池水泵、多通閥和更高端車型的電子油泵。 電子水泵可以精確控制每個散熱回路，讓冷卻液流動起來。燃油車是使用發動機軸的旋轉來帶動機械水泵，而電動汽車由于更高級的冷卻需求和電機軸轉速解耦，因此使用電子水泵，滿足更精確的溫度控制需求。 有些多通閥的閥芯也是由直流無刷電機帶大減速比的旋轉來實現回路的切換。水泵是一直旋轉，水閥只需要轉到指定位置即可停止轉動。多通閥通常采用位置閉環來控制。

立功科技Demo支持同時三個PWM控制或LIN控制的直流無刷電機控制，使用磁場定向矢量FOC控制，控制更精確，效率更高。支持完善的故障保護功能。

立功科技TMS熱管理電機控制板

立功科技TMS熱管理域控制器方案使用NXP S32K3系列做主控制器，雙核Cortex-M7，主頻高達160MHZ。支持多路PWM控制，完美滿足熱管理系統中多個無刷電機、有刷電機和步進電機同時控制的需求；熱管理系統需要采集多個位置的溫度信息來形成溫度控制閉環，S32K3支持多路ADC模擬采集，具有靈活的ADC觸發配置，非常適合汽車熱管理系統新需求。

立功科技TMS熱管理域控制器方案三個無刷電機控制均采用無感FOC速度電流雙閉環矢量控制，效率高達95%以上，轉矩保持最高的同時運轉平滑穩定，對負載突變有良好的抗干擾性能。

立功科技S32K3多電機控制方案優勢

圖4系統控制框圖

功能特性：

支持三個BLDC的無感FOC速度電流雙閉環控制；

針對熱管理系統支持多路溫度、電壓電流采集；

支持多路直流有刷電機有感位置控制；

支持多路步進電機微步控制；

支持多路High Side閥門控制；

完善的保護功能，過壓欠壓，過流、限流、堵轉、過溫、缺相保護等；

上位機FreeMASTER已適配，三電機獨立配置界面。

優勢亮點：

控制效率高，極大提高熱量的能量利用效率；

器件集成化，極大精簡電子系統布局；

大幅減少MCU、線束等數量，降低車輛生產成本；

多個系統集成，方便系統管理；

響應速度快，增強安全性。

多電機控制視頻

新能源汽車架構的革新使得熱管理更為復雜，新能源汽車上需要同時兼顧電池壽命和整車穩定安全，熱管理的性能優劣成為決定電車產品力的關鍵指標。隨著新能源汽車的快速發展與新技術的出現，車載熱管理系統正面臨更為嚴峻的挑戰。立功科技可提供全新升級的TMS多電機控制方案，助力您在熱管理賽道上實現彎道超車。