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新能源汽车整车电控系统详解
新能源汽车电控系统,狭义上指的是整车控制器,广义上讲,则
包括整车控制器、电池管理系统、驱动电机控制器等。
新能源汽车电控系统组成简图
汽车上的这些控制器通过CAN网络来通信。CAN,全称为
“ControllerAreaNetwork”,即控制器局域网,是国际上应用最
广泛的现场总线之一。最初,CAN被设计作为汽车环境中的微控制器
通讯,在车载各电子控制装置ECU之间交换信息,形成汽车电子控制
网络。比如:发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干
系统中,均嵌入CAN控制装置。
整车控制VCU
车辆行驶过程中,需要一个与驾驶员进行指令互动的窗口,这个
窗口就是整车控制器VCU(Vehiclecontrolunit),VCU负责接收来
自驾驶员的各种驾驶操作指令和配置功能操作的需求,如上电、加速、
制动踏板等各种信号,并结合车辆其它系统发出的操作指令或协控信
息,以及各部件传感器反馈的各种车况信号,实现对整车和各部件工
况的分析,形成可以确保车辆安全行驶的指令,以达到各个控制系统
器执行动作的目的。
VCU协调控制的高低压部件
新能源汽车电动化的动力总成增加了很多高低压电气部件。VCU
是新能源汽车驱动系统控制的“大脑”,成熟的系统软件在提高运行
效率、降低能耗排放、提高故障后处理的鲁棒性等方面都发挥着重要
作用。是电动化动力总成系统解决方案真正落地的核心能力之一。
作为车辆驱动协调控制系统的核心控制器,VCU需要负责整车状
态协调、驾驶员驾驶需求实现等最基本也是最重要的功能。因此VCU
软件的完善度直接影响了车辆运行的稳定性和行驶安全性。随着“域
融合”的概念推广,越来越多的新功能也逐渐被融合到VCU控制器中,
例如:跟充电相关的AC/DC车辆端充电主控功能,以及跟底盘相关的
电动四驱控制功能。
从系统功能划分角度考虑,可以把VCU的功能划分为:车辆系统、
传动系统、电力系统、热管理系统,以及OBD诊断、通讯、安全监控
等系统功能。VCU的主要功能如下。
VCU系统功能分类和概览
驱动电机控制器
电机控制器(MicroControllerUnit)的作用主要是接收整车控
制器的扭矩指令,进而控制驱动电机电机按照设定的方向、速度、角
度、响应时间进行工作。
电机控制器的结构图
在电动车辆中,电机控制器的功能是根据挡位、油门、刹车等指
令,将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能,来控制电
动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态,或者帮助电动
车辆刹车,并将部分刹车能量存储到动力电池中。
每个电动机都会有对应的控制器,控制器的特性及复杂度会随电
动机需要呈现的性能而不同。最简单的控制器是连接电动机及电源的
开关,例如小的家电或动力工具等。更复杂的电动机控制器可以精确
地控制电动机的速度及转矩,也可能是机械控制位置的闭回路控制系
统中的一部分。
另外,在能量回收过程中,电机控制器还要负责将驱动电机副扭
矩产生的交流电进行整流,回充给动力电池。它面临的工况相对复杂,
需要能够频繁起停、加减速,低速/爬坡时要求高转矩,高速行驶时
要求低转矩,具有大变速范围。
电池管理系统
相比前两个控制器,电池管理系统相对比较“年轻”,其主要功
能包括:电池物理参数实时监测、在线诊断与报警、充放电与预充控
制、均衡管理和热管理等。
电池管理系统BMS的核心功能:
1.电芯监控技术
a.单体电池电压采集;
b.单体电池温度采集;
c.电池组电流检测;
温度的准确测量对于电池组工作状态相当重要,包括单个电池的
温度测量和电池组散热液体温度监测。这需要合理设置好温度传感器
的位置和使用个数,与BMS控制模块形成良好的配合。电池组散热液
体温度的监控重点在于入口和出口处的流体温度,其监测精度的选择
与单体电池类似。
在新能源汽车电控系统设计基础上,壹为汽车把专用车整车电控
系统分为高压电控系统和低压电控系统两个部分。
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