新能源汽车VCU、MCU、BMS技术解析

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