模块化多电平逆变器：将直流电转换为交流电

保时捷Engineering 开发了用于电动汽车的“沟通电池”概念，它将很多组件组合在一个部件中。它由标准化的操控单元概念操控，具有特别强壮和实时才能的核算渠道。该体系是作为可行性研讨的一部分开发的，在测验台上进行了测验，并在车辆中进行了演示。

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电动汽车的驱动体系一般由独自的组件组成：带有电池办理体系的高压电池、用于操控电动机的电力电子设备和用于运用沟通电源充电的车载充电器。电力电子设备运用脉冲逆变器将高压电池的直流电压转换为牵引电机的正弦三相沟通电压。

这种结构现已证明了它在当时车辆中的有用性，但将来或许会进一步改善。“汽车行业的趋势是高度集成的组件，”保时捷工程公司专业项目经理 Thomas Wenka 说。“这在外壳尺度、分量和本钱下降、可靠性和功率方面拓荒了新的或许性。”作为可行性研讨的一部分，保时捷工程公司的开发团队运用组件的高集成度开发了沟通电池体系。它将电池办理体系、脉冲逆变器、低压 DCDC 和车载充电器等一般独立的功用集成到一个组件中。

在这项研讨中，保时捷工程集团的开发人员将电驱动的高压电池分为 18 个独自的电池模块，散布在三个阶段。它们能够经过功率半导体开关独自操控。各个电池模块作为散布式实时体系灵敏互连到模块化多电平串联并联转换器 （MMSPC） 中，可完成电压曲线的动态建模，然后能够直接从电池模块的直流电压产生电机的正弦三相沟通电压。“运用 MMSPC，既能够在驾驭时直接操控电动驱动电机，也能够直接连接到沟通电网为电池充电，”保时捷工程专业项目经理 Daniel Simon 解说道。

很多技能优势。

其他长处包含更简单扩展到各种传动体系变体，以及在修理期间或产生事端时更安全地处理载流部件。“然后 MMSPC 封闭，体系有效地康复到其各个模块，这意味着依然只能丈量模块电压，”Wenka 说。此外，假如单个电池单元或许存在缺点，则因为智能操控体系会绕过受影响的电池模块，因而毛病维护功用会添加。这使得在下降功率的情况下完成到最近的车间的所谓跛行回家功用成为或许。运用传统电池时，这会导致车辆毛病。沟通电池的概念还为经过脉冲充电完成快速充电才能供给了技能潜力。

施行沟通电池概念的一个首要应战是开发一个强壮而快速的中心操控单元，该单元能够准确操控各个电池模块。Simon 说：“在正弦波建模中，电池模块的动态重新装备是经过底层散布式体系完成的，该体系有必要满意一切情况下的实时要求。“究竟，推迟切换模块会导致电池组和相关电力电子设备呈现缺点。”。

实时核算渠道。

在推出沟通电池概念的一同，保时捷工程集团的电子专家还开发了一种操控单元，该操控单元具有特别强壮的实时、一致和高度集成的核算渠道。沟通电池的各个功用，例如电机和电池办理以及充电功用，都在其上并行运转。操控单元渠道由两个元件组成，一个是项目特定的基板，另一个是独立于项目的体系模块方式的核算单元，具有与基板的一致接口。

“处理单元代表一个异构多处理器渠道，并作为单个片上体系运转。它结合了现场可编程门阵列 （FPGA）（一种带有可编程硬件的集成电路），用于对体系的实时才能进行数据操控和监控，并结合了一个强壮的多核处理器，用于在单个组件中处理很多数据，“Simon 解说道。

“FPGA 能够接收杂乱的核算，以减轻处理器的担负并弥补缺失的外设，与一般的纯微操控器解决方案比较，这在可扩展性和灵敏性方面具有明显优势。经过挑选片上体系系列中的衍生产品，功用能够从根本的 ECU 要求（如 I/O 驱动、通讯网关或电力电子设备）扩展到具有额定 GPU 和视频编解码器要求的杂乱 ADAS 体系。

该办法的一个特点是操控单元功用的以软件为中心完成。“一个部件在处理器上运转，该处理器运用 FPGA 进行快速操控和最佳开关战略，并终究同步操控一切模块。这能够经过软件完成动态重装备。但是，要做到这一点，模块上的电力电子设备有必要施行这种开关战略，“Simon 说。“经过运用 CPU 和 FPGA 的片上体系办法，咱们完成了一般微操控器无法完成的硬实时功用。”。

保时捷工程集团与新的操控单元渠道一同，在各种原型中施行了沟通电池的概念，并在测验台上成功进行了测验。该体系还被集成到测验车辆中，以演示其根本功用。“开发新的操控单元渠道关于沟通电池来说是肯定必要的。但是，因为它能够灵敏调整，它已成为一个将持续的独立项目，“Wenka 说。关于新项目，体系级模块和一些相关软件能够重复运用，而且基板的功用能够轻松升级，以包含所需的硬件功用和接口。

因而，操控单元能够灵敏地习惯新的要求，因而适用于一切需要高核算才能和实时才能的运用，而且在正在进行的项目中，要求依然或许产生变化。Simon 解说说：“这使得操控单元体系级模块上的片上体系独立于项目的组合也能够很好地处理其他杂乱使命，这使其成为原型开发功用原型渠道的不错挑选。

与传统原型 ECU 比较，其优势包含更快的功用开发，仅举一个比如：硬件供给了高核算储藏，根底软件和现有软件块能够用作操控单元开发的非常好的起点。“现在计划在保时捷工程公司开始运用新的操控单元渠道进行原型开发，”Wenka 报导。“但是，原则上，这个概念也适用于稍作修正的系列运用。”。

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