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新能源汽车VCU、MCU、BMS技术解析

关键词:新能源汽车 VCU MCU BMS

时间:2022-07-18 09:45:37      来源:网络

在新能源汽车的整个平台架构中,VCU (Vehicle Control Unit 整车控制器)、MCU (Moter Control Unit 电机控制器)和 BMS (BATTERY MANAGEMENT SYSTEM 电池管理系统)是重要的技术,对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。

在新能源汽车的整个平台架构中,VCU (Vehicle Control Unit 整车控制器)、MCU (Moter Control Unit 电机控制器)和 BMS (BATTERY MANAGEMENT SYSTEM 电池管理系统)是重要的技术,对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。

VCU:

VCU是实现整车控制决策的电子控制单元,一般仅新能源汽车配备、传统燃油车无需该装置。

VCU通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图;

通过监测车辆状态(车速、温度等)信息,由VCU判断处理后,向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令,

控制车载附件电力系统的工作模式;

VCU具有整车系统故障诊断保护与存储功能

下图为VCU的结构组成,共包括外壳、硬件电路、底层软件和应用层软件,硬件电路、底层软件和应用层软件是VCU的关键技术

新能源汽车三大技术

VCU硬件采用标准化模块电路( 32位主处理器、电源、存储器、CAN )和VCU专用电路(传感器采集等)设计

其中标准化模块电路可移植应用在MCU和BMS,平台化硬件将具有非常好的可移植性和扩展性

随着汽车级处理器技术的发展,VCU从基于16位向32位处理器芯片逐步过渡,32位已成为业界的主流产品

底层软件以AUTOSAR汽车软件开放式系统架构为标准,达到电子控制单元(ECU)开发共平台的发展目标,支持新能源汽车不同的控制系统;

模块化软件组件以软件复用为目标,以有效提高软件质量、缩短软件开发周期

驾驶员转矩解析、换挡规律、模式切换、转矩分配和故障诊断策略等是应用层的关键技术,对车辆动力性、经济性和可靠性有着重要影响

下表为世界主流VCU供应商的技术参数,代表着VCU的发展动态

新能源汽车三大技术

BMS:

电池包是新能源汽车能量源,为整车提供驱动电能

它主要通过金属材质的壳体包络构成电池包主体,模块化的结构设计实现了电芯的集成

过热管理设计与仿真优化电池包热管理性能

电器部件及线束实现了控制系统对电池的安全保护及连接路径

通过BMS实现对电芯的管理,以及与整车的通讯及信息交换

电池包组成如下图所示,包括电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和BMS。BMS能够提高电池的利用率,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态

新能源汽车三大技术

BMS是电池包关键的零部件,与VCU类似,部分由硬件电路、底层软件和应用层软件组成

BMS硬件由主板(BCU)和从板(BMU)两部分组成,从版安装于模组内部,用于检测单体电压、电流和均衡控制;主板安装位置比较灵活,用于继电器控制、荷电状态值(SOC)估计和电气伤害保护等

BMU硬件部分完成电池单体电压和温度测量,并通过高可靠性的数据传输通道与BCU 模块进行指令及数据的双向传输

BCU 可选用基于汽车功能安全架构的32 位微处理器完成总电压采集、绝缘检测、继电器驱动及状态监测等功能

底层软件架构符合AUTOSAR标准,模块化开发容易实现扩展和移植,提高开发效率

应用层软件是BMS的控制,包括电池保护、电气伤害保护、故障诊断管理、热管理、继电器控制、从板控制、均衡控制、SOC估计和通讯管理等模块,应用层软件架构如图所示

新能源汽车三大技术

下表为国内外主流 BMS供应商的技术参数,代表着BMS的发展动态

新能源汽车三大技术

MCU:

MCU是新能源汽车特有的功率电子单元,通过接收VCU的车辆行驶控制指令,控制电动机输出指定的扭矩和转速,驱动车辆行驶

实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能

MCU具有电机系统故障诊断保护和存储功能

MCU由外壳及冷却系统、功率电子单元、控制电路、底层软件和控制算法软件组成,具体结构如图所示

新能源汽车三大技术

MCU硬件电路采用模块化、平台化设计理念(模块与VCU同平台),功率驱动部分采用多重诊断保护功能电路设计,功率回路部分采用汽车级IGBT模块并联技术、定制母线电容和集成母排设计;结构部分采用高防护等级、集成一体化液冷设计

与VCU类似,MCU底层软件以AUTOSAR开放式系统架构为标准,达到ECU开发共同平台的发展目标,模块化软件组件以软件复用为目标

用层软件按照功能设计一般可分为四个模块:状态控制、矢量算法、需求转矩计算和诊断模块。其中,矢量算法模块分为MTPA控制和弱磁控制。

MCU关键技术方案包括:基于32位高性能双核主处理器;汽车级并联IGBT技术,定制薄膜母线电容及集成化功率回路设计,基于AutoSAR架构平台软件及先进SVPWM PMSM控制算法;高防护等级壳体及集成一体化水冷散热设计。

下表为世界主流 MCU硬件供应商的技术参数,代表着MCU的发展动态

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