隨著混合動力汽車 （HEV） 和電動汽車 （EV） 在全球范圍內的持續增長，汽車開發商比以往任何時候都更加創新以保持領先地位。雖然差異化HEV/EV動力總成系統傳統上是一個重點領域，但市場領導者現在不能忽視差異化其HEV/EV熱管理或供暖、通風和空調（HVAC）系統。熱管理系統在HEV/EV中消耗的功率第二多（僅次于動力總成系統），直接影響行駛里程。

幾十年來，內燃機（ICE）一直在運行車輛及其HVAC系統。在HEV / EV中，尺寸甚至沒有ICE需要引入兩個在HVAC系統中發揮作用的附加組件：

無刷直流 （BLDC） 電機，用于旋轉交流壓縮機，而不是發動機旋轉。

用于加熱冷卻液的正溫度系數 （PTC） 加熱器（或熱泵），而不是發動機加熱冷卻液。在熱泵的情況下，電池熱管理將熱量從電池轉移到機艙。熱泵的集成最終導致更輕的重量，更長的驅動時間和更低的成本。

參見圖1。

圖1：HEV和EV的加熱和冷卻系統

在本文中，我們將概述與這些電子HVAC應用相關的設計挑戰，并討論實時控制性能、可擴展性和成本如何幫助應對這些挑戰。

可靠的實時控制性能

高啟動扭矩、高效率、低可聞噪聲和低電磁干擾 （EMI） 是市場領先的電動壓縮機系統的主要特性。

讓我們回顧一下暖通空調性能的最重要元素，以及為什么考慮它們很重要：

高啟動扭矩：具有高慣性的系統（如電動壓縮機）需要高啟動扭矩，以便盡快以首選速度運行壓縮機電機，最終增加最終用戶對HVAC系統的體驗。

高效率：除HEV/EV動力總成系統外，電動壓縮機系統的功耗在EV/HEV中最高：約5kW。因此，通過效率節省的任何功率都會延長行駛里程，這是HEV / EV開發商和消費者關注的問題。

低可聽噪聲和低 EMI：在內燃機車輛中，發動機已經可以聽到，因此相比之下，來自 HVAC 系統的任何噪音都是微不足道的。但是，電動汽車和混合動力汽車容易受到可聽見噪音的影響，這種噪音在沒有發動機的安靜車輛中尤為突出。HEV 和 EV 也容易受到電動壓縮機所需的 BLDC 電機和電子設備的 EMI 的影響。HEV和EV中的電動壓縮機組件不應增加任何類型的噪音，從而干擾現有系統或消費者的駕駛體驗。

雖然電動壓縮機產品的質量直接受到系統實時控制性能的影響，但傳統的PTC加熱器可以在沒有它的情況下完全發揮作用，設計人員主要依靠成本來區分這些產品。PTC 加熱器測量并控制流經系統的電流（使用單個電阻器），最終控制車內溫度。

考慮到在單個系統上集成了多個電機，熱泵確實依賴于強大的實時控制性能。系統和微控制器 （MCU） 架構在實現集成熱泵系統的高效且經濟控制方面發揮著重要作用。

圖 2 中的框圖顯示了 TI C2000 實時 MCU 的架構和外設如何通過多電機控制實現熱泵系統。

圖 2：由 C2000 實時 MCU 控制的熱泵系統

可擴展性

鑒于全球汽車原始設備制造商不斷變化的趨勢和不斷變化的要求，利用兼容平臺擴展不同應用需求的能力是當務之急。基于平臺的汽車HVAC壓縮機、PTC加熱器和熱泵設計方法有助于顯著縮短開發時間和開發成本。特別是對于MCU，封裝類型、引腳數、閃存、溫度、功能安全（汽車安全完整性等級B）、網絡安全、通信接口和成本方面的各種選項對于為汽車HVAC設計人員提供可擴展的平臺至關重要。

成本

系統物料清單、開發資源和上市時間都是汽車暖通空調開發商的巨大成本。高性價比的組件（包括MCU）、利用可擴展平臺的能力和參考設計有助于解決這些問題。

TI 的高壓 EV/HEV E-COMPRESSOR 電機控制參考設計是專為 EV/HEV 電動壓縮機應用構建的高壓 5kW 參考設計，由 C2000 TMS320F2800157-Q1 實時 MCU 控制。該參考設計展示了針對 HEV/EV 電動壓縮機設計在性能、可擴展性和成本方面的一些挑戰的解決方案。

在此處查看此參考設計的實際應用： 電動汽車暖通空調電動壓縮機電機控制

結論

HEV和EV的采用將在未來幾十年內建立，因此將采用電子解決方案進行HVAC控制。這些車輛中的汽車HVAC子系統需要帶來設計挑戰的組件，例如可靠的實時控制，可擴展性和成本。借助 C2000 實時 MCU 和參考解決方案，您可以順利地從 ICE 轉向 HEV 和 EV HVAC 系統。

審核編輯黃宇