代码收藏家技术教程 2023-03-15

的联合控制VCU、MCU、BMS联合控制：新能源汽车的自学习之旅

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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）是最重要的核心技术，对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。

MCU有时会理解为微处理单元，不同于此处的MCU。

VCU 整车控制器

一、简要介绍

在电动汽车中，VCU是核心控制部件。

动力控制——根据加速踏板位置、档位、制动踏板力等驾驶员的操作意图和蓄电池的荷电状态计算出运行时所需要的电机输出转矩等参数，从而协调各个动力部件的运动，保障电动汽车的正常行驶。

能量控制——可通过行车充电和制动能量的回收等实现较高的能量效率。

还可以与智能化的车身系统一起控制车上的用电设备，以保证驾驶的及时性和安全性。

因此，VCU的设计直接影响着汽车的动力性、安全性、经济性、可靠性和其他性能。

二、结构

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的关键核心技术。

VCU硬件采用标准化核心模块电路（ 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。其中标准化核心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；
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。

三、主流VCU供应商的技术参数

BMS电池管理系统

一、电池包

电池包是新能源汽车的核心能量源，为整车提供驱动电能。

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。**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。

二、BMS

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

1.硬件

BMS硬件由主板（BCU）和从板（BMU）两部分组成，从板安装于模组内部，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。

2.软件

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的控制核心，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。应用层的软件架构如图所示。

三、主流VCU供应商的技术参数

MCU电机控制器

一、简要介绍

MCU是新能源汽车特有的核心功率电子单元，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。

二、结构

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，具体结构如下。

硬件
MCU硬件采用模块化、平台化设计理念（核心模块与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。
软件
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。

底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。

关键技术包括：基于32位高性能双核处理器；汽车级并联IGBT技术，定制薄膜母线电容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。