1.1.4　新能源汽車的三大核心技術(shù)

新能源汽車有三大核心技術(shù)，分別是整車控制器（Vehicle Control Unit，VCU）、電機(jī)控制器（Moter Control Unit，MCU）、電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS），對(duì)整個(gè)車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性有著至關(guān)重要的影響。

◆整車控制器（VCU）

作為整車控制決策的核心電子控制單元，VCU是新能源汽車的必備裝置。VCU通過(guò)對(duì)油門踏板、擋位、剎車踏板等信號(hào)進(jìn)行采集分析，對(duì)駕駛員的駕駛意圖進(jìn)行判斷，對(duì)車輛的行駛信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在對(duì)信息進(jìn)行處理后，向車輛的動(dòng)力系統(tǒng)、動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)出指令，對(duì)車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。具體來(lái)看，VCU有兩大功能，一是整車系統(tǒng)故障診斷，二是存儲(chǔ)功能。

VCU主要由外殼、硬件電路、底層軟件和應(yīng)用層軟件組成，硬件電路、底層軟件和應(yīng)用層軟件發(fā)揮著重要作用。

VCU硬件采用標(biāo)準(zhǔn)化的核心模塊電路和VCU專用電路，前者主要由32位主處理器、電源、存儲(chǔ)器、控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）構(gòu)成。其中，核心模塊電路可以在MCU和BMS上移植應(yīng)用，平臺(tái)化硬件的可移植性與擴(kuò)展性都比較好。

隨著汽車級(jí)處理器技術(shù)不斷發(fā)展，VCU芯片逐漸從16位向32位過(guò)渡，32位芯片逐漸成為主流。底層軟件以AUTOSAR汽車軟件開放式系統(tǒng)架構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到電子控制單元開發(fā)公共平臺(tái)的目標(biāo)，可以為新能源汽車提供不同的控制系統(tǒng)。模塊化軟件組件的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用，可以提高軟件質(zhì)量，縮短軟件的開發(fā)周期。在應(yīng)用層，駕駛員轉(zhuǎn)矩解析、換擋規(guī)律、模式切換、轉(zhuǎn)矩分配和故障診斷策略是關(guān)鍵，會(huì)直接影響汽車的動(dòng)力、運(yùn)行的穩(wěn)定性以及使用的經(jīng)濟(jì)性。

世界主流VCU供應(yīng)商的技術(shù)參數(shù)如表1-2所示。

◆電池管理系統(tǒng)（BMS）

電池包為新能源汽車提供源源不斷的能量，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。電池包主體主要由金屬材質(zhì)的殼體包絡(luò)構(gòu)成，模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)電芯集成，過(guò)熱管理設(shè)計(jì)與仿真可以提高電池包熱管理性能，電器部件及線束支持控制系統(tǒng)可以保障電池安全。BMS可以對(duì)電芯進(jìn)行有效管理，開展整車通信，實(shí)現(xiàn)信息交換。

電池包主要由電芯、模塊、電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、箱體和BMS組成，其中BMS的主要功能是提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過(guò)度充放電現(xiàn)象，延長(zhǎng)電池的使用壽命，對(duì)電池的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

在電池包的各個(gè)組成部件中，BMS屬于核心零部件，由三大核心部分組成，分別是硬件電路、底層軟件和應(yīng)用層軟件。其中，硬件電路主要由主板和從板組成，從板安裝在模組內(nèi)部，可以用來(lái)對(duì)單體電壓、電流進(jìn)行檢測(cè)，使電壓、電流達(dá)到均衡；主板的安裝位置不限，主要用來(lái)對(duì)繼電器進(jìn)行控制，預(yù)測(cè)荷電狀態(tài)值，實(shí)現(xiàn)電氣傷害保護(hù)。

BMU（電池管理單元）硬件可以對(duì)電池的電壓、溫度進(jìn)行測(cè)量，而且可以借助可靠性較高的數(shù)據(jù)傳輸通道向BCU（Battery Control Unit，電池組控制單元）模塊傳輸數(shù)據(jù)與指令。BCU可以使用32位微處理器采集總電壓，開展絕緣檢測(cè)與狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)繼電器驅(qū)動(dòng)。

底層軟件架構(gòu)要符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)模塊化開發(fā)實(shí)現(xiàn)移植與擴(kuò)展，促使開發(fā)效率不斷提高。應(yīng)用層軟件主要由電池保護(hù)、電氣傷害保護(hù)、故障診斷管理、熱管理、繼電器控制、從板控制、均衡控制、荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）估計(jì)和通信管理等模塊構(gòu)成，具體架構(gòu)如圖1-2所示。

目前，國(guó)內(nèi)外主流BMS供應(yīng)商的技術(shù)參數(shù)如表1-3所示，可以從中窺見BMS的發(fā)展動(dòng)態(tài)。

◆電機(jī)控制器（MCU）

MCU是核心功率電子單元，可以接收VCU車輛行駛控制指令，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，讓電動(dòng)機(jī)輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，為車輛行駛提供源源不斷的動(dòng)力。MCU還可以將電池的直流電轉(zhuǎn)化為高壓交流電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出機(jī)械能。

MCU主要包括外殼及冷卻系統(tǒng)、功率電子單元、控制電路、底層軟件和控制算法軟件。

MCU硬件電路采用的是模塊化、平臺(tái)化設(shè)計(jì)，功率驅(qū)動(dòng)部分采用的是多重診斷保護(hù)功能電路設(shè)計(jì)，功率回路部分采用的是汽車級(jí)IGBT模塊并聯(lián)技術(shù)、定制母線電容和集成母排設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)部分采用的是高防護(hù)等級(jí)、集成一體化液冷設(shè)計(jì)。

MCU底層軟件以AUTOSAR開放式系統(tǒng)架構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)，按照功能設(shè)計(jì)可以分為狀態(tài)控制、矢量算法、需求轉(zhuǎn)矩計(jì)算和診斷四個(gè)模塊，其中矢量算法模塊可以分為兩部分，一是MTPA（最大轉(zhuǎn)矩電流比）控制，二是弱磁控制。

目前，世界主流的MCU硬件供應(yīng)商的技術(shù)參數(shù)如表1-4所示。