4个年轻工程师共同打造了一款开源电机控制器,据说将颠覆电动汽车市场?

2019-05-13 09:00:55 来源:EEFOCUS
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VESC完全兼容的大功率、高性能400V 300A 100+kW电机控制器

介绍
Axiom有史以来第一次提供针对大型三相电机的清晰、开放的精确控制。电动汽车的时代即将到来,电动汽车销量大幅度增长,许多大大小小的公司为了在未来的交通运输中争夺主导地位,已经投入了数十亿甚至数百亿美金,所以Axiom电机控制器的问世恰逢其时。

 


这款电机控制器由无尽领域论坛传奇人物HighHopes、1/4英里电动汽车世界纪录保持者Arlo1、技术登峰造极的Maxi和入选了全球35位35岁以下“科技创新青年”的Marcos共同打造,使用并改进了本杰明.韦德的VESC电机控制器,并提供了一系列新的固件代码,将人类控制电机的水平提升到了新的层次。
 
这不仅仅是一个功能丰富的高性能电机控制器,它还采用了大功率密度的封装,当然,这个项目最为突出的地方就是它的硬件和固件都是开源的。提供原理图、物料清单和源代码,每一个人都可以在它上面进行试验并改进它的性能,它是汽车、研究和工业驱动应用的理想平台。

详细信息
这个项目最初发布在无尽论坛上,已经问世了有一段时间了,之前就参赛过hackaday大奖赛。

 


它是什么?
这是一个三相电机的控制器。它采用直流电压提供电源,使用PWM技术产生三个正弦波电压来驱动电机,在概念上它类似于无人机和自行车上的小型ESC。它的特色在于,这款电机控制器能够在400V电压下安全工作,并且能够在300A大电流下持续运行一整年。
 
我们的工作主要集中在控制板的设计上。这个控制器的板载驱动支持400V+ 300A+的驱动能力,具体驱动电流取决于功率级器件-IGBT、直流链路电容等。


在功率级器件上,我们选用了英飞凌的EconoDua IGBT模块,该系列有多种型号,提供多种电压和电流水平(从600V到1700V,从100A到800A),采用IGBT和碳化硅技术,并有配套使用的现成的栅极驱动器。

我们为什么开发这个电机控制器?
我们希望提供一种大胆且引人注目的设计,因为现在没有任何一个开放式的平台能够驱动功率高达100kW级别的大电机。你可以在市面上找到高价位的专有控制器,但是没办法根据自己的需求进行调整,更重要的是,你没有看到控制器内部的工作情况,从而没办法评估它在软件和硬件上的质量能否符合您的标准。

新一代电动汽车公司都非常重视并重金投入自家专有的电机驱动器,我们向客户提供了将电机驱动器深入集成到整车系统中的机会,这可以帮助电动汽车节约成本,并提高质量和集成程度。


同时,开放Axiom还能展示我们团队的工作能力,从而使得我们的团队可以成为理想的开发商,现在,世界上没有多少成建制的团队拥有高性能驱动单元上的完整知识和技能。

VESC基础平台的稳步发展对我们帮助不少,使得我们可以把电机驱动提升到新的水平,将原来面向业余爱好者的技术发展到可用于电动汽车的水平。

它是怎么工作的?
长话短说,它就是把你的高压直流电压通过PWM技术产生三个相位上各自相差120度的正弦波,以驱动三相电机。实际上,它使用了空间矢量调制技术,这可以降低IGBT的开关次数,从而降低了开关损耗。

 


VESC支持梯形控制和磁场定向控制(FOC)两种算法来驱动电机,但是我们的电路板只支持FOC,这是更符合实际应用的一种算法。
 
FOC是使用矢量信号控制电机,将矢量信号分解为与磁通正交的转矩电流分量Iq和与磁通方向一致的磁通电流分量Id,这能将三相交流分量转换为两相正交的直流分量,从而分别独立控制。

除了控制环路,你还需要一个界面来配置电机参数,这个工具可以帮助你调试和理解电机特性,这里使用的是本杰明的VESC工具,向他致敬。

 


除了软件,还需要面向高功率应用的特殊硬件:

 

对项目的详细硬件信息感兴趣,欢迎点击阅读: https://hackaday.io/project/164932-axiom-100kw-motor-controller
 

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