新能源汽车核心技术详解电池包和BMSVCU MCU

新能源汽车核心技术详解:电池包与BMS、VCU、 MCU

电子创新网| 2001-15-20 11:54

2014年国内新能源汽车产销突破8万辆,发展态势喜人。为了使新能源爱好者与初级研发人员更好地了解新能源汽车的核心技术,笔者结合研发过程中的经验总结,从新能源汽车分类、模块规划、电控技术与充电设施等方面进行了分析。

1 新能源汽车分类

在新能源汽车分类中,“弱混、强混”与“串联、并联”不同分类方法令非业内人士感到困惑,其实这些名称就是从不同角度给出的解释、并不矛盾。

1、1消费者角度

消费者角度通常按照混合度进行划分,可分为起停、弱混、中混、强混、插电与纯电动,节油效果与成本增等指标加如表1所示。表中“-”表示无此功能或较弱、“+”个数越多表示效果越好,从表中可以瞧出随着节油效果改善、成本增加也较多。

1、2技术角度

图1 技术角度分类

技术角度由简到繁分为纯电动、串联混合动力、并联混合动力及混联混合动力,具体如图1所示。其中P0表示BSG(Belt starter generator,带传动启停装置)系统,P1代表ISG(Integrated starter generator,启动机与发电机一体化装置)系统、电机处于发动机与离合器之间,P2中电机处于离合器与变速器输入端之间,P3表示电机处于变速器输出端或布置于后轴,P03表示P0与P3的组合。从统计表中可以瞧出,各种结构在国内外乘用或商用车中均得到广泛应用,相对来说P2在欧洲比较流行,行星排结构在日系与美系车辆中占主导地位,P03等组合结构在四驱车辆中应用较为普遍、欧蓝德与标致3008均已实现量产。新能源车型选择应综合考虑结构复杂性、节油效果与成本增加,例如由通用、克莱斯勒与宝马联合开发的三行星排双模系统,尽管节油效果较好,但由于结构复杂且成本较高,近十年

间的市场表现不尽如人意。

2 新能源汽车模块规划

尽管新能源汽车分类复杂,但其中共用的模块较多,在开发过程中可采用模块化方法,共享平台、提高开发速度。总体上讲,整个新能源汽车可分为三级模块体系、如图2所示,一级模块主要就是指执行系统,包括充电设备、电动附件、储能系统、发动机、发电机、离合器、驱动电机与齿轮箱。二级模块分为执行系统与控制系统两部分,执行部分包括充电设备的地面充电机、集电器与车载充电机,储能系统的单体、电箱与PACK,发动机部分的气体机、汽油机与柴油机,发电机的永磁同步与交流异步,离合器中的干式与湿式,驱动电机的永磁同步与交流异步,齿轮箱

部分的有级式自动变速器(包括AMT、AT与DCT等)、行星排与减速齿轮;二级模块的控制系统包括BMS、ECU、GCU、CCU、MCU、TCU与VCU,分别表示电池管理系统、发动机电子控制单元、发电机控制器、离合器控制单元、电机控制器、变速器控制系统与整车控制器。三级模块体系中,包括电池单体的功率

型与能量型,永磁与异步电机的水冷与风冷形式,控制系统的三级模块主要包括硬件、底层与应用层软件。

图2三级模块体系

根据功能与控制的相似性,三级模块体系的部分模块可组成纯电动(含增程式)、插电并联混动与插电混联混动三种平台架构,例如纯电动(含增程式)由充电设备、电动附件、储能系统、驱动电机与齿轮箱组成。各平台模块的通用性较强,采用平台与模块的开发方法,可共享核心部件资源,提升新能源系统的安全性与可靠性,缩短周期、降低研发及采购成本。

3 新能源三大核心技术

在三级模块体系与平台架构中,整车控制器(VCU)、电机控制器(MCU)与电池管理系统(BMS)就是最重要的核心技术,对整车的动力性、经济性、可靠性与安全性等有着重要影响。

3、1 VCU

VCU就是实现整车控制决策的核心电子控制单元,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,同时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。

图3为VCU的结构组成,共包括外壳、硬件电路、底层软件与应用层软件,硬件电路、底层软件与应用层软件就是VCU的关键核心技术。