Unité de commande de moteur pour véhicule électrique PUMBAA (MCU) PMC20A

(1) Fonction de conversion d'énergie. Réaliser la récupération d'énergie de freinage pour améliorer l'autonomie du véhicule ;

(2) Fonction d'exécution du couple. Le contrôleur envoie des valeurs de couple négatives au contrôleur du moteur pour réduire le gaspillage d'énergie ;

(3) Fonction de décharge active. L'autodécharge prolongée d'un condensateur de grande capacité présente des risques pour la sécurité liés à la haute tension ;

(4) Fonction de protection de sécurité. Système moteur avec détection de défaut, rappel de défaut, gestion des défauts et autres fonctions de protection de sécurité ;

(5) Fonction de communication réseau CAN haute vitesse. Mise en œuvre efficace de l'unité de commande du moteur électrique et de la stratégie de fonctionnement globale du véhicule, contrôle du fonctionnement sûr et fiable du système moteur afin de garantir le fonctionnement sûr du véhicule.

Dans les véhicules à énergies nouvelles (VEN), le calculateur moteur (CEM), également appelé « onduleur » ou « système de commande électrique », est l'un des trois composants essentiels (batterie, moteur et système de commande électrique). Ses performances déterminent directement l'expérience de conduite, la consommation d'énergie et la fiabilité du véhicule. La fonction principale du CEM est de convertir avec précision le courant continu (CC) haute tension fourni par la batterie en courant alternatif (CA) triphasé requis par le moteur. Il ajuste également la vitesse et le couple du moteur en fonction des commandes de l'unité de commande du véhicule (UCV), contrôlant ainsi l'accélération, la décélération et le fonctionnement à vitesse constante du véhicule. Son principe de fonctionnement se décompose en quatre étapes principales : réception du signal, conversion d'énergie, commande du moteur et retour d'information.

1. Réception du signal : réception des commandes de contrôle du véhicule

Pendant le fonctionnement du véhicule, les commandes du conducteur (par exemple, la position de la pédale d'accélérateur) sont d'abord transmises à l'unité de commande du véhicule (VCU). Celle-ci calcule le couple/la vitesse cible requis par le moteur en fonction de paramètres tels que l'ouverture de la pédale d'accélérateur, la vitesse du véhicule, l'état de charge de la batterie et le rapport engagé. Elle envoie ensuite cette commande à l'unité de commande du moteur (MCU) via le bus CAN (Controller Area Network).

2. Conversion d'énergie : Conversion du courant continu en courant alternatif

La batterie fournit du courant continu haute tension (généralement de 300 à 800 V), tandis que les moteurs de traction des véhicules électriques (principalement des moteurs synchrones à aimants permanents) nécessitent du courant alternatif triphasé pour fonctionner. Cette conversion est réalisée par le circuit onduleur du microcontrôleur, basé sur un pont de commutation triphasé composé de six IGBT (transistors bipolaires à grille isolée) – deux par phase (bras supérieur et inférieur du pont). Chaque IGBT agit comme un interrupteur. La puce de commande principale du microcontrôleur génère des signaux PWM (modulation de largeur d'impulsion) pour réguler précisément la durée d'activation/désactivation et le rapport cyclique des six IGBT. Par exemple, l'activation de l'IGBT du bras supérieur du pont de la phase A tout en désactivant celui du bras inférieur, et l'activation de l'IGBT du bras inférieur du pont de la phase B tout en désactivant celui du bras supérieur, forment une boucle de courant entre les phases A et B. En contrôlant cycliquement la séquence de conduction des IGBT des phases A, B et C, le microcontrôleur génère un courant alternatif triphasé réglable (la fréquence déterminant la vitesse du moteur et l'amplitude déterminant le couple).

(MCU)

3. Entraînement du moteur : Fonctionnement du moteur alimenté en courant alternatif

Le courant alternatif triphasé généré par l'onduleur est directement injecté dans les enroulements du stator du moteur d'entraînement. Le courant circulant dans ces enroulements crée un champ magnétique tournant qui, par force électromagnétique, entraîne la rotation du rotor. Ce processus convertit l'énergie électrique en énergie mécanique, laquelle est ensuite transmise aux roues par le réducteur et l'arbre de transmission, propulsant ainsi le véhicule.

4. Retour d'information sur l'état : Contrôle en boucle fermée et protection de sécurité

Le microcontrôleur (MCU) ne se contente pas d'émettre des commandes ponctuelles ; il utilise un mécanisme de contrôle en boucle fermée basé sur la collecte de données des capteurs et l'ajustement par rétroaction afin de garantir le bon fonctionnement du moteur et de prévenir les pannes. Des capteurs de courant mesurent les courants de phase en temps réel, des capteurs de tension surveillent la tension du bus et des capteurs de température suivent les températures des IGBT et du moteur. La puce de contrôle principale compare le courant et la vitesse réels aux valeurs cibles. En cas d'écart, elle ajuste en temps réel les signaux PWM des IGBT pour corriger les paramètres de sortie CA, stabilisant ainsi le couple et la vitesse. Si des signaux anormaux (par exemple, un courant excessif ou une surchauffe des IGBT) sont détectés, le microcontrôleur déclenche des mesures de protection telles que la réduction de la puissance de sortie, la coupure de la sortie des IGBT ou le signalement des défauts au contrôleur de tension (VCU), évitant ainsi d'endommager le moteur ou le microcontrôleur et garantissant la sécurité de fonctionnement.

(MCU)

Conclusion

Le microcontrôleur (MCU) du véhicule électrique est un système sophistiqué intégrant l'électronique de puissance, la microélectronique, la théorie du contrôle et les technologies de gestion thermique. Fonctionnant comme un onduleur intelligent, il utilise des algorithmes vectoriels en boucle fermée pour réguler avec précision la commutation des semi-conducteurs de puissance (IGBT/SiC), convertissant le courant continu de la batterie en courant alternatif contrôlable pour alimenter le moteur et permettre une récupération d'énergie efficace. Les progrès rapides de la technologie des microcontrôleurs – notamment le passage des IGBT aux matériaux SiC à haut rendement – ​​ont permis aux véhicules électriques modernes d'atteindre des performances d'accélération exceptionnelles, une conduite souple et une autonomie accrue.