3新能源汽車三大核心技術

　　在三級模塊體系和平臺架構中，整車控制器（VCU）、電機控制器（MCU）和電池管理系統(tǒng)（BMS）是最重要的核心技術，對整車的動力性、經濟性、可靠性和安全性等有著重要影響。

　　3.1VCU

　　VCU是實現整車控制決策的核心電子控制單元，一般僅新能源汽車配備、傳統(tǒng)燃油車無需該裝置。VCU通過采集油門踏板、擋位、剎車踏板等信號來判斷駕駛員的駕駛意圖；通過監(jiān)測車輛狀態(tài)（車速、溫度等）信息，由VCU判斷處理后，向動力系統(tǒng)、動力電池系統(tǒng)發(fā)送車輛的運行狀態(tài)控制指令，同時控制車載附件電力系統(tǒng)的工作模式；VCU具有整車系統(tǒng)故障診斷保護與存儲功能。

　　圖3為VCU的結構組成，共包括外殼、硬件電路、底層軟件和應用層軟件，硬件電路、底層軟件和應用層軟件是VCU的關鍵核心技術。

　　圖3 VCU組成

　　VCU硬件采用標準化核心模塊電路（ 32位主處理器、電源、存儲器、CAN ）和VCU專用電路（傳感器采集等）設計；其中標準化核心模塊電路可移植應用在MCU和BMS，平臺化硬件將具有非常好的可移植性和擴展性。隨著汽車級處理器技術的發(fā)展，VCU從基于16位向32位處理器芯片逐步過渡，32位已成為業(yè)界的主流產品。

　　底層軟件以AUTOSAR汽車軟件開放式系統(tǒng)架構為標準，達到電子控制單元（ECU）開發(fā)共平臺的發(fā)展目標，支持新能源汽車不同的控制系統(tǒng)；模塊化軟件組件以軟件復用為目標，以有效提高軟件質量、縮短軟件開發(fā)周期。

　　應用層軟件按照V型開發(fā)流程、基于模型開發(fā)完成，有利于團隊協(xié)作和平臺拓展；采用快速原型工具和模型在環(huán)（MIL）工具對軟件模型進行驗證，加快開發(fā)速度；策略文檔和軟件模型均采用專用版本工具進行管理，增強可追溯性；駕駛員轉矩解析、換擋規(guī)律、模式切換、轉矩分配和故障診斷策略等是應用層的關鍵技術，對車輛動力性、經濟性和可靠性有著重要影響。

　　表2為世界主流VCU供應商的技術參數，代表著VCU的發(fā)展動態(tài)。

　　表2 VCU技術參數

　　3.2MCU

　　MCU是新能源汽車特有的核心功率電子單元，通過接收VCU的車輛行駛控制指令，控制電動機輸出指定的扭矩和轉速，驅動車輛行駛。實現把動力電池的直流電能轉換為所需的高壓交流電、并驅動電機本體輸出機械能。同時，MCU具有電機系統(tǒng)故障診斷保護和存儲功能。

　　MCU由外殼及冷卻系統(tǒng)、功率電子單元、控制電路、底層軟件和控制算法軟件組成，具體結構如圖4所示。

　　圖4 MCU組成

　　MCU硬件電路采用模塊化、平臺化設計理念（核心模塊與VCU同平臺），功率驅動部分采用多重診斷保護功能電路設計，功率回路部分采用汽車級IGBT模塊并聯技術、定制母線電容和集成母排設計；結構部分采用高防護等級、集成一體化液冷設計。

　　與VCU類似，MCU底層軟件以AUTOSAR開放式系統(tǒng)架構為標準，達到ECU開發(fā)共同平臺的發(fā)展目標，模塊化軟件組件以軟件復用為目標。

　　應用層軟件按照功能設計一般可分為四個模塊：狀態(tài)控制、矢量算法、需求轉矩計算和診斷模塊。其中，矢量算法模塊分為MTPA控制和弱磁控制。

　　MCU關鍵技術方案包括：基于32位高性能雙核主處理器；汽車級并聯IGBT技術，定制薄膜母線電容及集成化功率回路設計，基于AutoSAR架構平臺軟件及先進SVPWM PMSM控制算法；高防護等級殼體及集成一體化水冷散熱設計。

　　表3為世界主流 MCU硬件供應商的技術參數，代表著MCU的發(fā)展動態(tài)。

　　表3 MCU技術參數

　　3.3電池包和BMS

　　電池包是新能源汽車核心能量源，為整車提供驅動電能，它主要通過金屬材質的殼體包絡構成電池包主體。模塊化的結構設計實現了電芯的集成，通過熱管理設計與仿真優(yōu)化電池包熱管理性能，電器部件及線束實現了控制系統(tǒng)對電池的安全保護及連接路徑；通過BMS實現對電芯的管理，以及與整車的通訊及信息交換。

　　電池包組成如圖5所示，包括電芯、模塊、電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、箱體和BMS。BMS能夠提高電池的利用率，防止電池出現過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。

　　圖5 電池包組成

　　BMS是電池包最關鍵的零部件，與VCU類似，核心部分由硬件電路、底層軟件和應用層軟件組成。但BMS硬件由主板（BCU）和從板（BMU）兩部分組成，從版安裝于模組內部，用于檢測單體電壓、電流和均衡控制；主板安裝位置比較靈活，用于繼電器控制、荷電狀態(tài)值（SOC）估計和電氣傷害保護等。

　　BMU硬件部分完成電池單體電壓和溫度測量，并通過高可靠性的數據傳輸通道與BCU 模塊進行指令及數據的雙向傳輸。BCU 可選用基于汽車功能安全架構的32 位微處理器完成總電壓采集、絕緣檢測、繼電器驅動及狀態(tài)監(jiān)測等功能。

　　底層軟件架構符合AUTOSAR標準，模塊化開發(fā)容易實現擴展和移植，提高開發(fā)效率。

　　應用層軟件是BMS的控制核心，包括電池保護、電氣傷害保護、故障診斷管理、熱管理、繼電器控制、從板控制、均衡控制、SOC估計和通訊管理等模塊，應用層軟件架構如圖6所示。

　　圖6 應用層軟件架構

　　表4為國內外主流 BMS供應商的技術參數，代表著BMS的發(fā)展動態(tài)。

　　表4 BMS技術參數