【導讀】隨著混合動力汽車 (HEV) 和電動汽車 (EV) 的數量在全球範圍內持續增長
，汽車研發人員也在不斷創新以保持優勢。混合動力汽車/電動汽車動力總成係統差異化曆來就是重點關注領域

，而現如今，混合動力汽車/電動汽車熱管理或加熱、通風和空調 (HVAC) 係統差異化對於市場佼佼者而言亦是不容忽視的領域。熱管理係統消耗的功率在混合動力汽車/電動汽車中排名第二（僅次於動力總成係統），會直接影響續航裏程。

數十年來，內燃機 (ICE) 一直在為汽車及其 HVAC 係統提供動力。在混合動力汽車/電動汽車中，由於尺寸限製或不使用內燃機
，需要額外引入兩個元件
，這些元件在 HVAC 係統中起著關鍵作用：

●   無刷直流 (BLDC) 電機是代替發動機使空調壓縮機旋轉的直流電機。

●   正溫度係數 (PTC) 加熱器或熱泵代替發動機對冷卻液進行加熱。在使用熱泵的情況下，電池熱管理將熱量從電池傳至車內。集成熱泵可以減輕重量
、延長續航時間並降低成本。

請參見圖 1。

圖 1：混合動力汽車和電動汽車中的加熱和冷卻係統

在本篇文章中，我們將概述與這些電子 HVAC 應用相關的設計挑戰
，探討如何從實時控製性能、可擴展性和成本三方麵著手應對這些挑戰。

可靠的實時控製性能

高啟動扭矩、高效率、低可聞噪聲和低電磁幹擾 (EMI) 是優秀電動壓縮機係統的主要特征。

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：

●   高啟動扭矩：電動壓縮機等高慣性係統需要高啟動扭矩，以便壓縮機電機盡快達到優選運行速度
，從而提升 HVAC 係統的最終用戶體驗。

●   高效率：除混合動力汽車/電動汽車動力總成係統外
，電動壓縮機係統在電動汽車/混合動力汽車中消耗的功率最高

，大約 5kW 左右。因此
，通過提高效率實現功率節省以便延長續航裏程，這是混合動力汽車/電動汽車開發人員和消費者頗為關心的問題。

●   低可聞噪聲和低 EMI：在 ICE 汽車中
，相較於發動機的噪聲
，HVAC 係(xi)統(tong)的(de)噪(zao)聲(sheng)可(ke)以(yi)忽(hu)略(lve)不(bu)計(ji)。但(dan)是(shi)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)和(he)混(hun)合(he)動(dong)力(li)汽(qi)車(che)容(rong)易(yi)受(shou)可(ke)聞(wen)噪(zao)聲(sheng)影(ying)響(xiang)，這(zhe)在(zai)無(wu)發(fa)動(dong)機(ji)的(de)靜(jing)音(yin)汽(qi)車(che)中(zhong)顯(xian)得(de)尤(you)為(wei)突(tu)出(chu)。混(hun)合(he)動(dong)力(li)汽(qi)車(che)和(he)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)也(ye)易(yi)受(shou)來(lai)自(zi)電(dian)動(dong)壓(ya)縮(suo)機(ji)所(suo)需(xu)的(de) BLDC 電機和電子設備的 EMI 影響。混合動力汽車和電動汽車中的電動壓縮機元件不應引入會影響現有係統或消費者駕駛體驗的噪聲。

●   盡管電動壓縮機產品質量直接受係統實時控製性能影響，但傳統 PTC 加熱器完全可在無電動壓縮機的情況下工作，設計人員主要依靠成本來使這些產品脫穎而出。PTC 加熱器通過測量和控製流經係統的電流（使用單個電阻器）來控製車內溫度。

●   考慮到要在單個係統上集成多個電機，熱泵需要依賴強大的實時控製性能。係統和微控製器 (MCU) 架構在實現高效且具有成本效益的集成熱泵係統控製方麵發揮著重要作用。

圖 2 中的框圖顯示了 TI C2000Tm 實時 MCU 的架構和外設如何通過多電機控製啟用熱泵係統。

圖 2：由 C2000 實時 MCU 控製的熱泵係統

可擴展性

鑒jian於yu全quan球qiu汽qi車che原yuan始shi設she備bei製zhi造zao商shang存cun在zai的de不bu斷duan發fa展zhan的de趨qu勢shi和he不bu同tong的de需xu求qiu，當dang下xia迫po切qie需xu要yao利li用yong兼jian容rong平ping台tai來lai擴kuo大da不bu同tong應ying用yong需xu求qiu的de能neng力li。基ji於yu平ping台tai的de汽qi車che HVAC 壓縮機
、PTC 加熱器和熱泵設計方法有助於顯著縮短開發時間並降低開發成本。特別是對於 MCU
，封裝類型、引腳數、閃存
、溫度、功能安全性（汽車安全完整性等級 B）、網絡安全、通信接口和成本方麵的廣泛選擇對於幫助汽車 HVAC 設計人員開發可擴展平台至關重要。

成本

係統物料清單


、開發資源和上市時間對於汽車 HVAC 開發商來講都是重要成本。具有成本效益的元件（包括 MCU）、利用可擴展平台的能力和參考設計可幫助解決這些問題。

TI 高壓電動汽車/混合動力汽車電動壓縮機電機控製參考設計是一種高壓 5kW 參考設計，專為由 C2000 TMS320F2800157-Q1 實時 MCU 控製的電動汽車/混合動力汽車電動壓縮機應用而構建。該參考設計展示了針對性能、可擴展性和成本三方麵的一些混合動力汽車/電動汽車電動壓縮機設計挑戰的解決方案。

結語

混合動力汽車和電動汽車未來幾十年將越來越普及

，HVAC 控製的電子解決方案亦是如此。這些汽車中的汽車 HVAC 子係統所需的元件會帶來設計挑戰，例如可靠的實時控製
、可擴展性和成本。在 C2000 實時 MCU 和參考解決方案的幫助下，您可以從 ICE 順利過渡到混合動力汽車和電動汽車 HVAC 係統。

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