科普：VCU、BMS、MCU通用功能和技術(shù)點(diǎn)解析

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這應(yīng)該是第一次在21ic上寫一些技術(shù)類的帖子。在二姨家的這么多年中，經(jīng)常能看到很多大牛分享一些自己的技術(shù)貼，相當(dāng)一部分寫的不錯(cuò)。反觀自己工作也4年多了，一直從事電子技術(shù)相關(guān)的工作，自己也在慢慢的成長，也想分享一些自己的東西出去，算是一種回饋吧。
這是一個(gè)技術(shù)科普貼，所以盡可能說的通俗點(diǎn)。
@21小跑堂 @21小跑堂 @21小跑堂 一點(diǎn)點(diǎn)手敲，不復(fù)制網(wǎng)上的長篇大論。幫忙瞅瞅看能不能給你有個(gè)直觀的認(rèn)知。
言歸正傳，本文淺談純電動(dòng)汽車中的大三電。即整車控制器（VCU），電池管理系統(tǒng)（BMS）和電機(jī)控制器（MCU）的通用的功能和技術(shù)點(diǎn)。本文分四個(gè)要點(diǎn)闡述。 1.   大三電？小三電？ 2.    VCU技術(shù)要點(diǎn) 3.    BMS技術(shù)要點(diǎn) 4.   MCU技術(shù)要點(diǎn)。
1.   大三電？小三電？ 純電動(dòng)車中的大三電一般指的是動(dòng)力系統(tǒng)部分的控制器。純電動(dòng)車的動(dòng)力來源于動(dòng)力電池，通俗點(diǎn)說，控制系統(tǒng)如下圖所示：

即將動(dòng)力電池中的電，用來驅(qū)動(dòng)圖中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)然，為了延長續(xù)航里程，需要盡可能將電池中的電傳輸給電機(jī)，提升效率。
盡管直流電機(jī)是可以直接使用直流電控制，但相比于交流電機(jī)，直流電機(jī)輸出效率比較低，而且因?yàn)橛袡C(jī)械摩擦的問題，可靠性和穩(wěn)定性都不如交流電機(jī)。所以一般驅(qū)動(dòng)電機(jī)都選用交流電機(jī)。這就需要直流轉(zhuǎn)交流的控制器，即圖中的MCU（motor controlunit，電機(jī)控制單元）。它的作用就是接收加速減速急停等命令以后，控制電機(jī)，從而穩(wěn)定和及時(shí)的響應(yīng)。這就是MCU最主要的工作職責(zé)。
顧名思義，BMS（batterymanagement unit，電池管理單元）的作用就是管理電池的能量。包括電池的充電和放電，以及緊急狀態(tài)下的斷電操作。圍繞著電池狀態(tài)需要通過復(fù)雜的電路和算法，準(zhǔn)確計(jì)算電池中的能量是多少，告訴駕駛員車還能跑多遠(yuǎn)，以及電池健康狀況（有多少的損耗，是否需要更換）等。同時(shí)，在緊急狀態(tài)（撞車，熱失控等）下，一定要將動(dòng)力電及時(shí)斷開，避免造成更嚴(yán)重的影響。
而VCU（VehicleControl Unit，整車控制器），其主要職責(zé)是，處理各種有其他控制器和傳感器發(fā)過來的信號(hào)，根據(jù)當(dāng)前車的狀況去做出相應(yīng)的判斷。舉個(gè)例子，油門踏板加速信號(hào)，剎車信號(hào)等都是將原始信號(hào)告訴它，它來知道是要多快的加速還是要多快的減速。可以說他是動(dòng)力系統(tǒng)的大腦，因而也非常重要。
上文就是大三電的簡單介紹，這三個(gè)單元是直接控制動(dòng)力的，故稱為大三電。
簡單介紹一下小三電：DC/DC轉(zhuǎn)換器，車載充電機(jī)（OBC）和高壓配電盒，obc的主要功能就是將220V的電充電池中，DC/DC轉(zhuǎn)換器和高壓配電盒（PDU），都是將電能進(jìn)行有效合理的分配的用途，這些是比較重要的部分，稱之為小三電。
2.    VCU技術(shù)要點(diǎn) 作為整車控制器，VCU主要就是接受從整車其他地方傳過來的信號(hào)，經(jīng)過邏輯處理以后，做出一些驅(qū)動(dòng)信號(hào)的執(zhí)行，以及與其他電子控制器的通信。

其承擔(dān)的角色決定了它有如下特點(diǎn)： （1）模擬量和數(shù)字量的準(zhǔn)確采集，考慮到很多信號(hào)來自于各種不同的電子控制單元，數(shù)量非常多，各自的電氣屬性也不一致。電路設(shè)計(jì)時(shí)需要逐一分析。 （2）驅(qū)動(dòng)信號(hào)的正確產(chǎn)生。一般說來，VCU的驅(qū)動(dòng)信號(hào)電流都不會(huì)很大，也就安培級(jí)別的。電路設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮不同負(fù)載的工況。 （3）通信。汽車電子中的對(duì)外傳輸，考慮到線束較長和穩(wěn)定通信，常采用CAN，LIN，SENT通信方式。不同通信之間有區(qū)別，即使是同一種通信（例如CAN通信），設(shè)計(jì)時(shí)也需要關(guān)注其技術(shù)需求。 （4）診斷。這是VCU非常重要的一環(huán)。它要能判斷輸入的信號(hào)有沒有問題，能知道自己發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)有沒有問題。最關(guān)鍵的，不僅要保證正常通信時(shí)報(bào)文能準(zhǔn)確有效的發(fā)送和接收，而且遇到特殊情況不能亂對(duì)外發(fā)送通信報(bào)文。 （5）現(xiàn)在的電動(dòng)車賣的不是很好，一個(gè)最直接的原因就是成本比較高。所以現(xiàn)在每個(gè)控制器的成本要求都比較嚴(yán)苛，VCU更是如此，可以看到這個(gè)基本都是弱電信號(hào)。對(duì)它的成本要求非常高。這也是考驗(yàn)硬件工程師技術(shù)能力很重要的一環(huán)。
3.    BMS技術(shù)要點(diǎn) BMS主要是負(fù)責(zé)動(dòng)力電池管理。這樣解釋比較難懂，通俗點(diǎn)說估計(jì)就明白了。
如今純電動(dòng)車容易被人關(guān)注的兩個(gè)點(diǎn)，這兩點(diǎn)都和BMS強(qiáng)相關(guān)。
（1）電動(dòng)車能否準(zhǔn)確計(jì)算剩余電量能跑多遠(yuǎn)。電動(dòng)車不像燃油車，加油就能跑，純電動(dòng)車一旦沒電就趴窩了，一點(diǎn)辦法都沒有，這個(gè)準(zhǔn)確性一直是老百姓關(guān)注的，這電量的負(fù)責(zé)者就是BMS。 （2）電動(dòng)車的電池?zé)崾Э仄鸹饐栴}。這個(gè)自然主要是電池相關(guān)的問題，BMS如何盡可能的提前預(yù)警和預(yù)防熱失控，很關(guān)鍵。
當(dāng)然，BMS功能遠(yuǎn)不止這些，還有如下： （1）電池的充電和放電管理，要準(zhǔn)確和充電進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，管理電池的充電與放電，避免過充和過放，這些都是大大影響電池壽命的。 （2）電池的電量，健康情況等的處理，這是BMS最核心的業(yè)務(wù)。其算法非常多，網(wǎng)上也有大段的材料介紹這個(gè)，這里就不多提及了 （3）緊急狀況下的處理。這里緊急情況就比較多了，比如電機(jī)控制器失控了，這時(shí)候BMS就要將動(dòng)力電掐斷。
作為能量管理單元，軟件算法自然最關(guān)鍵，但為了準(zhǔn)確的計(jì)算剩余電量等信息，BMS會(huì)要求其硬件的高精度，穩(wěn)定性和一致性，以提升估算的精度。
4.    MCU技術(shù)要點(diǎn) 它是電機(jī)控制器，即動(dòng)力輸出。通俗點(diǎn)說，就是你要加速他讓電機(jī)轉(zhuǎn)得快一些，要?jiǎng)x車他能讓電機(jī)轉(zhuǎn)的慢一點(diǎn)。

所以，他有如下特點(diǎn)：
（1）響應(yīng)快，這個(gè)很容易理解，但其實(shí)不好做，因?yàn)楣r比較復(fù)雜。舉一個(gè)簡單的例子就能感覺到。同樣是加速，有的發(fā)生在平地，有的發(fā)生在上坡，有的發(fā)生在下坡。平地和上坡都還好，因?yàn)槭强朔枇?。但是發(fā)生在下坡時(shí)就比較尷尬了，因?yàn)橛袀€(gè)重力分量，不僅有控制器給電機(jī)施加力量，也有地球媽媽在拉著它。有時(shí)候坡度較大，如果控制不好，會(huì)有比較強(qiáng)的頓挫感，這在駕駛時(shí)就比較嚇人了。所以電機(jī)控制器的算法是比較難的，要平穩(wěn)，低調(diào)才行。
（2）穩(wěn)定可靠。這個(gè)也好理解，但是做起來也很頭疼，因?yàn)檫@里都是大功率，電流電壓什么的很容易來一個(gè)尖峰之類的，還有發(fā)熱對(duì)器件的影響，這些都需要認(rèn)真考慮。要保證MCU穩(wěn)定運(yùn)行。
（3）緊急情況。這個(gè)分幾種，一種是車輛遇到緊急情況，電機(jī)做出及時(shí)的響應(yīng)，這里因?yàn)槭莿?dòng)力，響應(yīng)一定要及時(shí)；第二種就是內(nèi)部故障，比如某個(gè)大功率器件出現(xiàn)了問題，這個(gè)MCU本身就是工作不正常了，也要及時(shí)作出響應(yīng)。
（4）架構(gòu)和成本。為了降本，電機(jī)控制器需要做一些簡化，這就要從整車角度去考慮了，有時(shí)候會(huì)將電機(jī)和MCU做成一體的，這樣可以有效節(jié)省空間和降低成本，同時(shí)在硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)時(shí)要坐下來一塊討論討論整體架構(gòu)，才能最初最合適的設(shè)計(jì)出來。
總結(jié)
上述就是大三電的基本介紹，為了實(shí)現(xiàn)科普效果，盡可能不用專業(yè)術(shù)語，希望能達(dá)到讀著能看懂并有個(gè)直觀認(rèn)知。系能源車（混合動(dòng)力，純電動(dòng)）是我們想在汽車工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車的重要策略，也希望更多的小伙伴愿意加入我們，腳踏實(shí)地為中國汽車電子貢獻(xiàn)自己一份小小的力量，