新能源汽車核心技術(shù)詳解：電池包和BMS、VCU、 MCU

　　2014年國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)銷突破8萬輛，發(fā)展態(tài)勢(shì)喜人。為了使新能源愛好者和初級(jí)研發(fā)人員更好地了解新能源汽車的核心技術(shù)，筆者結(jié)合研發(fā)過程中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，從新能源汽車分類、模塊規(guī)劃、電控技術(shù)和充電設(shè)施等方面進(jìn)行了分析。

　　1 新能源汽車分類

　　在新能源汽車分類中，“弱混、強(qiáng)混”與“串聯(lián)、并聯(lián)”不同分類方法令非業(yè)內(nèi)人士感到困惑，其實(shí)這些名稱是從不同角度給出的解釋、并不矛盾。

　　1.1消費(fèi)者角度

　　消費(fèi)者角度通常按照混合度進(jìn)行劃分，可分為起停、弱混、中混、強(qiáng)混、插電和純電動(dòng)，節(jié)油效果和成本增等指標(biāo)加如表1所示。表中“-”表示無此功能或較弱、“+”個(gè)數(shù)越多表示效果越好，從表中可以看出隨著節(jié)油效果改善、成本增加也較多。

1.2技術(shù)角度

　　圖1 技術(shù)角度分類

　　技術(shù)角度由簡到繁分為純電動(dòng)、串聯(lián)混合動(dòng)力、并聯(lián)混合動(dòng)力及混聯(lián)混合動(dòng)力，具體如圖1所示。其中P0表示BSG（Belt starter generator，帶傳動(dòng)啟停裝置）系統(tǒng)，P1代表ISG（Integrated starter generator，啟動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)一體化裝置）系統(tǒng)、電機(jī)處于發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器之間，P2中電機(jī)處于離合器和變速器輸入端之間，P3表示電機(jī)處于變速器輸出端或布置于后軸，P03表示P0和P3的組合。從統(tǒng)計(jì)表中可以看出，各種結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外乘用或商用車中均得到廣泛應(yīng)用，相對(duì)來說P2在歐洲比較流行，行星排結(jié)構(gòu)在日系和美系車輛中占主導(dǎo)地位，P03等組合結(jié)構(gòu)在四驅(qū)車輛中應(yīng)用較為普遍、歐藍(lán)德和標(biāo)致3008均已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。新能源車型選擇應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、節(jié)油效果和成本增加，例如由通用、克萊斯勒和寶馬聯(lián)合開發(fā)的三行星排雙模系統(tǒng)，盡管節(jié)油效果較好，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本較高，近十年間的市場(chǎng)表現(xiàn)不盡如人意。

　　2 新能源汽車模塊規(guī)劃

　　盡管新能源汽車分類復(fù)雜，但其中共用的模塊較多，在開發(fā)過程中可采用模塊化方法，共享平臺(tái)、提高開發(fā)速度?？傮w上講，整個(gè)新能源汽車可分為三級(jí)模塊體系、如圖2所示，一級(jí)模塊主要是指執(zhí)行系統(tǒng)，包括充電設(shè)備、電動(dòng)附件、儲(chǔ)能系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、離合器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和齒輪箱。二級(jí)模塊分為執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分，執(zhí)行部分包括充電設(shè)備的地面充電機(jī)、集電器和車載充電機(jī)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的單體、電箱和PACK，發(fā)動(dòng)機(jī)部分的氣體機(jī)、汽油機(jī)和柴油機(jī)，發(fā)電機(jī)的永磁同步和交流異步，離合器中的干式和濕式，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的永磁同步和交流異步，齒輪箱部分的有級(jí)式自動(dòng)變速器（包括AMT、AT和DCT等）、行星排和減速齒輪；二級(jí)模塊的控制系統(tǒng)包括BMS、ECU、GCU、CCU、MCU、TCU和VCU，分別表示電池管理系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元、發(fā)電機(jī)控制器、離合器控制單元、電機(jī)控制器、變速器控制系統(tǒng)和整車控制器。三級(jí)模塊體系中，包括電池單體的功率型和能量型，永磁和異步電機(jī)的水冷和風(fēng)冷形式，控制系統(tǒng)的三級(jí)模塊主要包括硬件、底層和應(yīng)用層軟件。

　　圖2三級(jí)模塊體系

　　根據(jù)功能和控制的相似性，三級(jí)模塊體系的部分模塊可組成純電動(dòng)（含增程式）、插電并聯(lián)混動(dòng)和插電混聯(lián)混動(dòng)三種平臺(tái)架構(gòu)，例如純電動(dòng)（含增程式）由充電設(shè)備、電動(dòng)附件、儲(chǔ)能系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和齒輪箱組成。各平臺(tái)模塊的通用性較強(qiáng)，采用平臺(tái)和模塊的開發(fā)方法，可共享核心部件資源，提升新能源系統(tǒng)的安全性和可靠性，縮短周期、降低研發(fā)及采購成本。

　　3 新能源三大核心技術(shù)

　　在三級(jí)模塊體系和平臺(tái)架構(gòu)中，整車控制器（VCU）、電機(jī)控制器（MCU）和電池管理系統(tǒng)（BMS）是最重要的核心技術(shù)，對(duì)整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性等有著重要影響。

　　3.1 VCU

　　VCU是實(shí)現(xiàn)整車控制決策的核心電子控制單元，一般僅新能源汽車配備、傳統(tǒng)燃油車無需該裝置。VCU通過采集油門踏板、擋位、剎車踏板等信號(hào)來判斷駕駛員的駕駛意圖；通過監(jiān)測(cè)車輛狀態(tài)（車速、溫度等）信息，由VCU判斷處理后，向動(dòng)力系統(tǒng)、動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)送車輛的運(yùn)行狀態(tài)控制指令，同時(shí)控制車載附件電力系統(tǒng)的工作模式；VCU具有整車系統(tǒng)故障診斷保護(hù)與存儲(chǔ)功能。