隨著混合動(dòng)力汽車 (HEV) 和電動(dòng)汽車 (EV) 的數(shù)量在全球范圍內(nèi)持續(xù)增長,，汽車研發(fā)人員也在不斷創(chuàng)新以保持優(yōu)勢(shì),。混合動(dòng)力汽車/電動(dòng)汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)差異化歷來就是重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域,，而現(xiàn)如今，混合動(dòng)力汽車/電動(dòng)汽車熱管理或加熱、通風(fēng)和空調(diào) (HVAC) 系統(tǒng)差異化對(duì)于市場(chǎng)佼佼者而言亦是不容忽視的領(lǐng)域,。熱管理系統(tǒng)消耗的功率在混合動(dòng)力汽車/電動(dòng)汽車中排名第二（僅次于動(dòng)力總成系統(tǒng)），會(huì)直接影響續(xù)航里程,。

數(shù)十年來,，內(nèi)燃機(jī) (ICE) 一直在為汽車及其 HVAC 系統(tǒng)提供動(dòng)力。在混合動(dòng)力汽車/電動(dòng)汽車中,，由于尺寸限制或不使用內(nèi)燃機(jī),，需要額外引入兩個(gè)元件，這些元件在 HVAC 系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用：

· 無刷直流 (BLDC) 電機(jī)是代替發(fā)動(dòng)機(jī)使空調(diào)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)的直流電機(jī),。

· 正溫度系數(shù) (PTC) 加熱器或熱泵代替發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)冷卻液進(jìn)行加熱,。在使用熱泵的情況下，電池?zé)峁芾韺崃繌碾姵貍髦淋噧?nèi),。集成熱泵可以減輕重量,、延長續(xù)航時(shí)間并降低成本。

請(qǐng)參見圖 1,。

在本篇文章中,，我們將概述與這些電子 HVAC 應(yīng)用相關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，探討如何從實(shí)時(shí)控制性能,、可擴(kuò)展性和成本三方面著手應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn),。

可靠的實(shí)時(shí)控制性能

高啟動(dòng)扭矩、高效率,、低可聞噪聲和低電磁干擾 (EMI) 是優(yōu)秀電動(dòng)壓縮機(jī)系統(tǒng)的主要特征,。

讓我們了解一下影響 HVAC 性能的重要因素，以及這些因素為何重要：

· 高啟動(dòng)扭矩：電動(dòng)壓縮機(jī)等高慣性系統(tǒng)需要高啟動(dòng)扭矩,，以便壓縮機(jī)電機(jī)盡快達(dá)到優(yōu)選運(yùn)行速度,，從而提升 HVAC 系統(tǒng)的最終用戶體驗(yàn),。

· 高效率：除混合動(dòng)力汽車/電動(dòng)汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)外，電動(dòng)壓縮機(jī)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車中消耗的功率最高,，大約 5kW 左右,。因此，通過提高效率實(shí)現(xiàn)功率節(jié)省以便延長續(xù)航里程,，這是混合動(dòng)力汽車/電動(dòng)汽車開發(fā)人員和消費(fèi)者頗為關(guān)心的問題,。

· 低可聞噪聲和低 EMI：在 ICE 汽車中，相較于發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲,，HVAC 系統(tǒng)的噪聲可以忽略不計(jì),。但是電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車容易受可聞噪聲影響，這在無發(fā)動(dòng)機(jī)的靜音汽車中顯得尤為突出,?；旌蟿?dòng)力汽車和電動(dòng)汽車也易受來自電動(dòng)壓縮機(jī)所需的 BLDC 電機(jī)和電子設(shè)備的 EMI 影響?；旌蟿?dòng)力汽車和電動(dòng)汽車中的電動(dòng)壓縮機(jī)元件不應(yīng)引入會(huì)影響現(xiàn)有系統(tǒng)或消費(fèi)者駕駛體驗(yàn)的噪聲,。

· 盡管電動(dòng)壓縮機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量直接受系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制性能影響，但傳統(tǒng) PTC 加熱器完全可在無電動(dòng)壓縮機(jī)的情況下工作,，設(shè)計(jì)人員主要依靠成本來使這些產(chǎn)品脫穎而出,。PTC 加熱器通過測(cè)量和控制流經(jīng)系統(tǒng)的電流（使用單個(gè)電阻器）來控制車內(nèi)溫度。

· 考慮到要在單個(gè)系統(tǒng)上集成多個(gè)電機(jī),，熱泵需要依賴強(qiáng)大的實(shí)時(shí)控制性能,。系統(tǒng)和微控制器 (MCU) 架構(gòu)在實(shí)現(xiàn)高效且具有成本效益的集成熱泵系統(tǒng)控制方面發(fā)揮著重要作用。

圖 2 中的框圖顯示了 TI C2000? 實(shí)時(shí) MCU 的架構(gòu)和外設(shè)如何通過多電機(jī)控制啟用熱泵系統(tǒng),。

可擴(kuò)展性

鑒于全球汽車原始設(shè)備制造商存在的不斷發(fā)展的趨勢(shì)和不同的需求,，當(dāng)下迫切需要利用兼容平臺(tái)來擴(kuò)大不同應(yīng)用需求的能力?；谄脚_(tái)的汽車 HVAC 壓縮機(jī),、PTC 加熱器和熱泵設(shè)計(jì)方法有助于顯著縮短開發(fā)時(shí)間并降低開發(fā)成本。特別是對(duì)于 MCU,，封裝類型,、引腳數(shù)、閃存,、溫度,、功能安全性（汽車安全完整性等級(jí) B）、網(wǎng)絡(luò)安全,、通信接口和成本方面的廣泛選擇對(duì)于幫助汽車 HVAC 設(shè)計(jì)人員開發(fā)可擴(kuò)展平臺(tái)至關(guān)重要,。

成本

系統(tǒng)物料清單、開發(fā)資源和上市時(shí)間對(duì)于汽車 HVAC 開發(fā)商來講都是重要成本。具有成本效益的元件（包括 MCU）,、利用可擴(kuò)展平臺(tái)的能力和參考設(shè)計(jì)可幫助解決這些問題,。

TI 高壓電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車電動(dòng)壓縮機(jī)電機(jī)控制參考設(shè)計(jì)是一種高壓 5kW 參考設(shè)計(jì),，專為由 C2000 TMS320F2800157-Q1 實(shí)時(shí) MCU 控制的電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車電動(dòng)壓縮機(jī)應(yīng)用而構(gòu)建,。該參考設(shè)計(jì)展示了針對(duì)性能、可擴(kuò)展性和成本三方面的一些混合動(dòng)力汽車/電動(dòng)汽車電動(dòng)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的解決方案,。

在此處查看此參考設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用：電動(dòng)汽車 HVAC 電動(dòng)壓縮機(jī)電機(jī)控制

結(jié)語

混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車未來幾十年將越來越普及,，HVAC 控制的電子解決方案亦是如此。這些汽車中的汽車 HVAC 子系統(tǒng)所需的元件會(huì)帶來設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),，例如可靠的實(shí)時(shí)控制,、可擴(kuò)展性和成本。在 C2000 實(shí)時(shí) MCU 和參考解決方案的幫助下,，您可以從 ICE 順利過渡到混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車 HVAC 系統(tǒng),。

敬請(qǐng)關(guān)注電子技術(shù)應(yīng)用2023年2月22日==>>商業(yè)航天研討會(huì)<<