新能源汽车整车「电控」系统解读及科普

wan123 2024-02-10 阅读:62511 评论:0

前言

关于汽车电控系统，它并不仅仅是新能源电动汽车所特有的，燃油车同样也具备这一系统，只是新能源电动汽车的电控系统更为复杂且功能更强大。

新能源汽车的电控系统可以狭义地指整车控制器，而广义上则包括整车控制器、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

车辆上的这些控制器通过CAN网络进行通信。CAN全称为“Controller Area Network”，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被设计用于汽车环境中的微控制器通信，用于在车载各电子控制装置(ecu)之间交换信息，从而形成汽车电子控制网络。举例来说，发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备以及电子主干系统中，都嵌入了CAN控制装置。

整车控制VCU

在车辆行驶过程中，需要一个与驾驶员进行指令互动的界面，这个界面就是整车控制器VCU（Vehicle Control Unit）。VCU负责接收来自驾驶员的各种驾驶操作指令和配置功能的需求，例如上电、加速、制动踏板等各种信号。它还结合车辆其他系统发出的操作指令或协同信息，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。通过这些分析，VCU能够生成确保车辆安全行驶所需的指令，以实现各个控制系统执行相应动作的目的。

VCU协调控制的高低压部件

随着新能源汽车电动化动力总成的发展，高低压电气部件有了显著增加。VCU（Vehicle Control Unit）作为新能源汽车驱动系统控制的"大脑"，其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扮演着重要角色，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承担着整车状态协调和驾驶员驾驶需求实现等最基本且重要的功能。因此，VCU软件的完善度直接影响着车辆运行的稳定性和行驶安全性。随着"域融合"概念的推广，越来越多的新功能也逐渐被融合到VCU控制器中，例如与充电相关的AC/DC车辆端充电主控功能，以及与底盘相关的电动四驱控制功能。

从系统功能划分的角度来看，VCU的功能可以分为车辆系统、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。以下是VCU的主要功能：

车辆系统：负责整车状态的协调和控制。
传动系统：控制电动机和传动装置的协调运行。
电力系统：管理电池组的充放电控制。
热管理系统：监测和控制整车的温度和热管理。
OBD诊断：进行车辆故障诊断和故障码读取。
通讯：与其他车辆系统和外部设备进行通信。
安全监控：监测车辆的安全状态并采取相应措施。

以下是VCU的主要功能，它在新能源汽车中发挥着关键的作用：

VCU系统功能分类和概览

驱动电机控制器

电机控制器（Micro Controller Unit）的主要作用是接收来自整车控制器的扭矩指令，并根据设定的方向、速度、角度以及响应时间来控制驱动电机的工作。

电机控制器的结构图

在电动车辆中，电机控制器的功能是基于挡位、油门、刹车等指令，将动力电池储存的电能转化为驱动电机所需的电能，以控制电动车辆的启动运行、前进和倒退速度、爬坡能力等行驶状态，同时辅助电动车辆刹车，并将部分刹车能量回馈至动力电池。

每个电动机都配备相应的电机控制器，其特性和复杂度因电动机所需性能而异。简单的控制器可能只是一个连接电动机和电源的开关，适用于小型家电或动力工具等应用。而更复杂的电机控制器能够精确控制电动机的速度和转矩，可能是闭环控制系统中机械位置控制的一部分。

此外，在能量回收过程中，电机控制器还负责将驱动电机产生的副扭矩交流电进行整流，并将回收的能量送回动力电池。电机控制器面临复杂的工况要求，需要频繁进行启停、加速和减速操作，低速或爬坡时需要提供高转矩，而高速行驶时则需要较低的转矩，同时需要具备较大的转速范围。

电池管理系统

相较于前述的控制器，电池管理系统相对较新，其主要功能包括以下方面：电池物理参数的实时监测、在线诊断与报警、充放电控制与预充控制、均衡管理以及热管理等。

电池管理系统（BMS）的核心功能如下：

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的工作状态至关重要，包括单个电池的温度测量和电池组散热液体温度监测。为此，需要合理设置温度传感器的位置和数量，并与BMS控制模块良好配合。对于电池组散热液体温度的监控，重点在于监测入口和出口处的液体温度，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中，通常将整车电控系统划分为高压电控系统和低压电控系统两个部分。

高压电控系统

新能源汽车整车「电控」系统解读及科普

在电动车辆上，高电压部件包括动力电池、驱动电机、高压配电箱（PDU）、电动压缩机、直流/直流转换器（DC/DC）、交流/直流变换器（OBC）、正温度系数器件（PTC）以及高压线束等。这些部件共同构成了车辆的高压系统，其中动力电池、驱动电机和高压调节系统是纯电动汽车的三大核心部件。

低压电控系统

电动汽车的低压电气系统主要由DC/DC功率变换器、辅助蓄电池和多个低压电器设备组成。低压电器设备包括灯光系统、仪表系统和娱乐系统等。目前，低压电气系统通常采用12V/24V直流电源作为整车的低压电源。这一电源用于为常规低压电器，如灯光和雨刮器等，提供电力，并为整车控制器、电机控制系统、电池管理系统以及高压设备的控制器和冷却电动水泵等辅助设备提供电力。