由 Kevin Stauder 共同著作。
隨著全球混合動力汽車（HEV） 與電動車 （EV） 持續成長，汽車開發人員必須發揮前所未有的創新，在競爭環境中保持領先。創造 HEV/EV 動力傳動系統差異化一直是過去的主要焦點，但市場領導者現在已無法忽視 HEV/EV 熱管理或暖氣、通風與空調 （HVAC） 系統的差異性。熱管理系統在 HEV/EV 中的功耗為第二高 （僅次於動力傳動系統），直接對行駛距離造成影響。
過去數十年來，都是由內燃機 （ICE） 負責驅動車輛與其暖通空調系統。在 HEV/EV 中，必須另外採用兩種在暖通空調系統中扮演重要角色的元件，才能縮小 ICE 尺寸 （甚至不使用 ICE）：
- 不以引擎轉動 AC 壓縮機，改採無刷 DC （BLDC） 馬達執行。
- 不以引擎加熱冷卻液，改用正溫度係數 （PTC） 加熱器 （或加熱幫浦） 執行。若採用加熱幫浦，電池熱管理會將熱自電池轉移至車內。整合加熱幫浦可促使重量下降、行駛時間延長和成本降低。
請參閱圖 1。
圖 1：HEV 與 EV 中的加熱與冷卻系統
本文將概覽與電子暖通空調應用相關的設計挑戰，並探討即時控制性能、可擴展性與成本將如何協助解決這些挑戰。
可靠的即時控制性能
高啟動扭力、高效率、低噪音與低電磁干擾 （EMI） 是領導市場電子壓縮機系統的主要特性。
我們來看看暖通空調性能最重要的幾個要素，以及必須考量這些要素的原因：
- 高啟動扭力：具高慣性的系統 （例如電子壓縮機） 需要高啟動扭力，才能盡快以偏好速度驅動壓縮機馬達，進而提升終端使用者的暖通空調系統體驗。
- 高效率：除了 HEV/EV 動力傳動系統外，電子壓縮機是 EV/HEV 中最耗功率的系統，約 5 kW。因此任何因高效而省下的功率，都可增加 HEV/EV 開發人員和消費者最注重的行駛距離。
- 低噪音與低 EMI：ICE 車輛的引擎本身就會產生聲音，相較之下暖通空調系統的噪音也就微不足道。但由於 EV 與 HEV 車輛沒有引擎，噪音在安靜的車輛中便十分明顯。來自 BLDC 馬達和電子壓縮機所需電子元件的 EMI 也會影響 HEV 和 EV。HEV 和 EV 的電子壓縮機元件不應增加任何形式的噪音，干擾現有系統或消費者駕駛體驗。
- 電子壓縮機產品的品質會直接受系統即時控制性能影響，但傳統 PTC 加熱器就算沒有即時控制也能完整運作，因此設計人員主要傾向在成本上進行產品差異化。PTC 加熱器可測量並控制流經系統 （配備單一電阻器） 的電流，進而控制車內溫度。
- 若在單一系統中整合多個馬達，加熱幫浦確實需仰賴強大的即時控制性能。系統與微控制器 （MCU） 架構在實現整合式加熱幫浦系統的效率與成本效益控制上，扮演非常重要的角色。
圖 2 中的方塊圖說明 TI C2000 即時 MCU 架構與周邊設備如何透過多馬達控制實現加熱幫浦系統。
圖 2：由 C2000 即時 MCU 控制的加熱幫浦系統
可擴展性
在快速演進的趨勢和全球汽車原廠設備製造商不斷變化的需求下，運用可相容平台在不同應用需求間擴充的能力已成為首要任務。汽車暖通空調壓縮機、PTC 加熱器與加熱幫浦設計的平台式方法，有助於大幅降低開發時間與開發成本。就 MCU 而言，各種封裝類型、接腳數、快閃記憶體、溫度、功能安全 （汽車安全完整性等級 B）、網路安全、通訊介面與成本選項，是車用暖通空調設計人員打造可擴充平台的關鍵。
成本
對車用暖通空調開發人員來說，系統材料清單、開發資源與上市時間是最顯著的成本。符合成本效益的元件 （包含 MCU）、運用可擴充平台的能力與參考設計能夠協助解決這項問題。
TI 的高電壓 EV/HEV 電子壓縮機馬達控制參考設計是專為 EV/HEV 電子壓縮機應用所打造的高電壓、5-kW 參考設計，由 C2000 TMS320F2800157-Q1 即時 MCU 控制。此參考設計展示部分 HEV/EV 電子壓縮機在性能、可擴展性與成本上的設計挑戰解決方案。
於此處閱讀此參考設計實際作業情形：EV 暖通空調電子壓縮機馬達控制
結論
HEV 和 EV 的採用將以接下來數十年為基礎進行打造，暖通空調控制的電子解決方案使用也是如此。這些車輛中的車用暖通空調子系統需要能讓設計挑戰更為進步的元件，例如可靠的即時控制、可擴展性與成本。透過 C2000 即時 MCU 與參考解決方案的協助，您便可流暢地從 ICE 轉移至 HEV 與 EV 暖通空調系統。
其它資源
- 如需其它子系統資訊，以及 48-V、400-V 或 800-V HEV 與 EV 加熱和冷卻控制模組的趨勢細節，請參閱「如何設計 EV 與 HEV 的加熱與冷卻系統」白皮書。
- 閱讀 C2000 F280015x 即時微控制器。
- F280015x 工具資料夾
