《电子技术应用》
您所在的位置:首页 > 其他 > 业界动态 > 科普:VCU、BMS、MCU通用功能和技术点解析

科普:VCU、BMS、MCU通用功能和技术点解析

2021-02-02
来源:电子工程世界
关键词: 电动汽车 MCU BMS VCU

  本文浅谈纯电动汽车中的大三电。即整车控制器(VCU),电池管理系统(BMS)和电机控制器(MCU)的通用的功能和技术点。本文分四个要点阐述。

  1.   大三电?小三电?

  2.    VCU技术要点

  3.    BMS技术要点

  4.   MCU技术要点。

  1.   大三电?小三电?

  纯电动车中的大三电一般指的是动力系统部分的控制器。纯电动车的动力来源于动力电池,通俗点说,控制系统如下图所示:

  即将动力电池中的电,用来驱动图中的驱动电机。当然,为了延长续航里程,需要尽可能将电池中的电传输给电机,提升效率。

  尽管直流电机是可以直接使用直流电控制,但相比于交流电机,直流电机输出效率比较低,而且因为有机械摩擦的问题,可靠性和稳定性都不如交流电机。所以一般驱动电机都选用交流电机。这就需要直流转交流的控制器,即图中的MCU(motor controlunit,电机控制单元)。它的作用就是接收加速减速急停等命令以后,控制电机,从而稳定和及时的响应。这就是MCU最主要的工作职责。

  顾名思义,BMS(batterymanagement unit,电池管理单元)的作用就是管理电池的能量。包括电池的充电和放电,以及紧急状态下的断电操作。围绕着电池状态需要通过复杂的电路和算法,准确计算电池中的能量是多少,告诉驾驶员车还能跑多远,以及电池健康状况(有多少的损耗,是否需要更换)等。同时,在紧急状态(撞车,热失控等)下,一定要将动力电及时断开,避免造成更严重的影响。

  而VCU(VehicleControl Unit,整车控制器),其主要职责是,处理各种有其他控制器和传感器发过来的信号,根据当前车的状况去做出相应的判断。举个例子,油门踏板加速信号,刹车信号等都是将原始信号告诉它,它来知道是要多快的加速还是要多快的减速。可以说他是动力系统的大脑,因而也非常重要。

20210202080200693.jpg

  上文就是大三电的简单介绍,这三个单元是直接控制动力的,故称为大三电。

  简单介绍一下小三电:DC/DC转换器,车载充电机(OBC)和高压配电盒,obc的主要功能就是将220V的电充电池中,DC/DC转换器和高压配电盒(PDU),都是将电能进行有效合理的分配的用途,这些是比较重要的部分,称之为小三电。

  2.    VCU技术要点

  作为整车控制器,VCU主要就是接受从整车其他地方传过来的信号,经过逻辑处理以后,做出一些驱动信号的执行,以及与其他电子控制器的通信。

  其承担的角色决定了它有如下特点:

  (1)模拟量和数字量的准确采集,考虑到很多信号来自于各种不同的电子控制单元,数量非常多,各自的电气属性也不一致。电路设计时需要逐一分析。

  (2)驱动信号的正确产生。一般说来,VCU的驱动信号电流都不会很大,也就安培级别的。电路设计时需要考虑不同负载的工况。

  (3)通信。汽车电子中的对外传输,考虑到线束较长和稳定通信,常采用CAN,LIN,SENT通信方式。不同通信之间有区别,即使是同一种通信(例如CAN通信),设计时也需要关注其技术需求。

  (4)诊断。这是VCU非常重要的一环。它要能判断输入的信号有没有问题,能知道自己发出的驱动信号有没有问题。最关键的,不仅要保证正常通信时报文能准确有效的发送和接收,而且遇到特殊情况不能乱对外发送通信报文。

  (5)现在的电动车卖的不是很好,一个最直接的原因就是成本比较高。所以现在每个控制器的成本要求都比较严苛,VCU更是如此,可以看到这个基本都是弱电信号。对它的成本要求非常高。这也是考验硬件工程师技术能力很重要的一环。

20210202080201604.jpg

  3.    BMS技术要点

  BMS主要是负责动力电池管理。这样解释比较难懂,通俗点说估计就明白了。

  如今纯电动车容易被人关注的两个点,这两点都和BMS强相关。

  (1)电动车能否准确计算剩余电量能跑多远。电动车不像燃油车,加油就能跑,纯电动车一旦没电就趴窝了,一点办法都没有,这个准确性一直是老百姓关注的,这电量的负责者就是BMS。

  (2)电动车的电池热失控起火问题。这个自然主要是电池相关的问题,BMS如何尽可能的提前预警和预防热失控,很关键。

  当然,BMS功能远不止这些,还有如下:

  (1)电池的充电和放电管理,要准确和充电进行数据交互,管理电池的充电与放电,避免过充和过放,这些都是大大影响电池寿命的。

  (2)电池的电量,健康情况等的处理,这是BMS最核心的业务。其算法非常多,网上也有大段的材料介绍这个,这里就不多提及了

  (3)紧急状况下的处理。这里紧急情况就比较多了,比如电机控制器失控了,这时候BMS就要将动力电掐断。

  作为能量管理单元,软件算法自然最关键,但为了准确的计算剩余电量等信息,BMS会要求其硬件的高精度,稳定性和一致性,以提升估算的精度。

  4.    MCU技术要点

  它是电机控制器,即动力输出。通俗点说,就是你要加速他让电机转得快一些,要刹车他能让电机转的慢一点。

  所以,他有如下特点:

  (1)响应快,这个很容易理解,但其实不好做,因为工况比较复杂。举一个简单的例子就能感觉到。同样是加速,有的发生在平地,有的发生在上坡,有的发生在下坡。平地和上坡都还好,因为是克服阻力。但是发生在下坡时就比较尴尬了,因为有个重力分量,不仅有控制器给电机施加力量,也有地球妈妈在拉着它。有时候坡度较大,如果控制不好,会有比较强的顿挫感,这在驾驶时就比较吓人了。所以电机控制器的算法是比较难的,要平稳,低调才行。

  (2)稳定可靠。这个也好理解,但是做起来也很头疼,因为这里都是大功率,电流电压什么的很容易来一个尖峰之类的,还有发热对器件的影响,这些都需要认真考虑。要保证MCU稳定运行。

  (3)紧急情况。这个分几种,一种是车辆遇到紧急情况,电机做出及时的响应,这里因为是动力,响应一定要及时;第二种就是内部故障,比如某个大功率器件出现了问题,这个MCU本身就是工作不正常了,也要及时作出响应。

  (4)架构和成本。为了降本,电机控制器需要做一些简化,这就要从整车角度去考虑了,有时候会将电机和MCU做成一体的,这样可以有效节省空间和降低成本,同时在硬件设计和软件设计时要坐下来一块讨论讨论整体架构,才能最初最合适的设计出来。

  总结

  上述就是大三电的基本介绍,为了实现科普效果,尽可能不用专业术语,希望能达到读着能看懂并有个直观认知。系能源车(混合动力,纯电动)是我们想在汽车工业领域实现弯道超车的重要策略,也希望更多的小伙伴愿意加入我们,脚踏实地为中国汽车电子贡献自己一份小小的力量,


本站内容除特别声明的原创文章之外,转载内容只为传递更多信息,并不代表本网站赞同其观点。转载的所有的文章、图片、音/视频文件等资料的版权归版权所有权人所有。本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如涉及作品内容、版权和其它问题,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以便迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。联系电话:010-82306116;邮箱:aet@chinaaet.com。