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新能源汽车核心技术详解:电池包和 BMS、VCU、 MCU
导读: 为了使新能源爱好者和初级研发人员更好地了解新能源汽车的核心技
术,北汽福田新能源系统开发部部长杨伟斌结合研发过程中的经验总结,从新
能源汽车分类、模块规划、电控技术和充电设施等方面进行了分析。
2014 年国内新能源汽车产销突破 8 万辆,发展态势喜人。为了使新能源爱
好者和初级研发人员更好地了解新能源汽车的核心技术,笔者结合研发过程中
的经验总结,从新能源汽车分类、模块规划、电控技术和充电设施等方面进行
了分析。
1 新能源汽车分类
在新能源汽车分类中,“弱混、强混”与“串联、并联”不同分类方法令非业
内人士感到困惑,其实这些名称是从不同角度给出的解释、并不矛盾。
1.1 消费者角度
消费者角度通常按照混合度进行划分,可分为起停、弱混、中混、强混、
插电和纯电动,节油效果和成本增等指标加如表 1 所示。表中“-”表示无此功能
或较弱、“+”个数越多表示效果越好,从表中可以看出随着节油效果改善、成本
增加也较多。
表 1 消费者角度分类
1.2 技术角度

图 1 技术角度分类
技术角度由简到繁分为纯电动、串联混合动力、并联混合动力及混联混合
动力,具体如图 1 所示。其中 P0 表示 BSG(Belt starter generator,带传动启停装
置)系统,P1 代表 ISG(Integrated starter generator,启动机和发电机一体化装置)
系统、电机处于发动机和离合器之间,P2 中电机处于离合器和变速器输入端之
间,P3 表示电机处于变速器输出端或布置于后轴,P03 表示 P0 和 P3 的组合。
从统计表中可以看出,各种结构在国内外乘用或商用车中均得到广泛应用,相
对来说 P2 在欧洲比较流行,行星排结构在日系和美系车辆中占主导地位,P03
等组合结构在四驱车辆中应用较为普遍、欧蓝德和标致 3008 均已实现量产。新
能源车型选择应综合考虑结构复杂性、节油效果和成本增加,例如由通用、克
莱斯勒和宝马联合开发的三行星排双模系统,尽管节油效果较好,但由于结构
复杂且成本较高,近十年间的市场表现不尽如人意。
2 新能源汽车模块规划
尽管新能源汽车分类复杂,但其中共用的模块较多,在开发过程中可采用
模块化方法,共享平台、提高开发速度。总体上讲,整个新能源汽车可分为三
级模块体系、如图 2 所示,一级模块主要是指执行系统,包括充电设备、电动
附件、储能系统、发动机、发电机、离合器、驱动电机和齿轮箱。二级模块分
为执行系统和控制系统两部分,执行部分包括充电设备的地面充电机、集电器
和车载充电机,储能系统的单体、电箱和 PACK,发动机部分的气体机、汽油
机和柴油机,发电机的永磁同步和交流异步,离合器中的干式和湿式,驱动电
机的永磁同步和交流异步,齿轮箱部分的有级式自动变速器(包括 AMT、AT
和 DCT 等)、行星排和减速齿轮;二级模块的控制系统包括 BMS、ECU、
GCU、CCU、MCU、TCU 和 VCU,分别表示电池管理系统、发动机电子控制
单元、发电机控制器、离合器控制单元、电机控制器、变速器控制系统和整车

控制器。三级模块体系中,包括电池单体的功率型和能量型,永磁和异步电机
的水冷和风冷形式,控制系统的三级模块主要包括硬件、底层和应用层软件。
图 2 三级模块体系
根据功能和控制的相似性,三级模块体系的部分模块可组成纯电动(含增程
式)、插电并联混动和插电混联混动三种平台架构,例如纯电动(含增程式)由充
电设备、电动附件、储能系统、驱动电机和齿轮箱组成。各平台模块的通用性
较强,采用平台和模块的开发方法,可共享核心部件资源,提升新能源系统的
安全性和可靠性,缩短周期、降低研发及采购成本
3 新能源三大核心技术
在三级模块体系和平台架构中,整车控制器(VCU)、电机控制器(MCU)和
电池管理系统(BMS)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。
3.1 VCU
VCU 是实现整车控制决策的核心电子控制单元,一般仅新能源汽车配备、
传统燃油车无需该装置。VCU 通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判
断驾驶员的驾驶意图;通过监测车辆状态(车速、温度等)信息,由 VCU 判断处
理后,向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令,同时控制车
载附件电力系统的工作模式;VCU 具有整车系统故障诊断保护与存储功能。
图 3 为 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。

图 3 VCU 组成
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;模块化软
件组件以软件复用为目标,以有效提高软件质量、缩短软件开发周期。
应用层软件按照 V 型开发流程、基于模型开发完成,有利于团队协作和平
台拓展;采用快速原型工具和模型在环(MIL)工具对软件模型进行验证,加快开
发速度;策略文档和软件模型均采用专用版本工具进行管理,增强可追溯性;
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。
表 2 为世界主流 VCU 供应商的技术参数,代表着 VCU 的发展动态。
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