新能源汽車技術(shù)分類及三大關(guān)鍵技術(shù)詳解

表2為世界主流VCU供應(yīng)商的技術(shù)參數(shù)，代表著VCU的發(fā)展動(dòng)態(tài)。

表2 VCU技術(shù)參數(shù)

3.2MCU

MCU是新能源汽車特有的核心功率電子單元，通過(guò)接收VCU的車輛行駛控制指令，控制電動(dòng)機(jī)輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。實(shí)現(xiàn)把動(dòng)力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電、并驅(qū)動(dòng)電機(jī)本體輸出機(jī)械能。同時(shí)，MCU具有電機(jī)系統(tǒng)故障診斷保護(hù)和存儲(chǔ)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(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 MCU組成

MCU硬件電路采用模塊化、平臺(tái)化設(shè)計(jì)理念(核心模塊與VCU同平臺(tái))，功率驅(qū)動(dòng)部分采用多重診斷保護(hù)功能電路設(shè)計(jì)，功率回路部分采用汽車級(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)部分采用高防護(hù)等級(jí)、集成一體化液冷設(shè)計(jì)。

與VCU類似，MCU底層軟件以AUTOSAR開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到ECU開(kāi)發(fā)共同平臺(tái)的發(fā)展目標(biāo)，模塊化軟件組件以軟件復(fù)用為目標(biāo)。

應(yīng)用層軟件按照功能設(shè)計(jì)一般可分為四個(gè)模塊：狀態(tài)控制、矢量算法、需求轉(zhuǎn)矩計(jì)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(guān)鍵技術(shù)方案包括：基于32位高性能雙核主處理器;汽車級(jí)并聯(lián)IGBT技術(shù)，定制薄膜母線電容及集成化功率回路設(shè)計(jì)，基于AutoSAR架構(gòu)平臺(tái)軟件及先進(jìn)SVPWM PMSM控制算法;高防護(hù)等級(jí)殼體及集成一體化水冷散熱設(shè)計(jì)。

表3為世界主流 MCU硬件供應(yīng)商的技術(shù)參數(shù)，代表著MCU的發(fā)展動(dòng)態(tài)。

表3 MCU技術(shù)參數(shù)

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(qū)動(dòng)電能，它主要通過(guò)金屬材質(zhì)的殼體包絡(luò)構(gòu)成電池包主體。模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電芯的集成，通過(guò)熱管理設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化電池包熱管理性能，電器部件及線束實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)對(duì)電池的安全保護(hù)及連接路徑;通過(guò)BMS實(shí)現(xiàn)對(duì)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(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)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(guān)鍵的零部件，與VCU類似，核心部分由硬件電路、底層軟件和應(yīng)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(nèi)部，用于檢測(cè)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(jì)和電氣傷害保護(hù)等。

BMU硬件部分完成電池單體電壓和溫度測(cè)量，并通過(guò)高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸通道與BCU 模塊進(jìn)行指令及數(shù)據(jù)的雙向傳輸。BCU 可選用基于汽車功能安全架構(gòu)的32 位微處理器完成總電壓采集、絕緣檢測(cè)、繼電器驅(qū)動(dòng)及狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。

底層軟件架構(gòu)符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，模塊化開(kāi)發(fā)容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展和移植，提高開(kāi)發(fā)效率。

應(yīng)用層軟件是BMS的控制核心，包括電池保護(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、SOC估計(jì)和通訊管理等模塊，應(yīng)用層軟件架構(gòu)如圖6所示。