“汽車(chē)産業(yè)最大(dà)的(de)變革φ™'，是(shì)由過去(qù)硬件(jiàn)主導，變成了(le)軟件("λ☆•jiàn)主導、軟硬有(yǒu)效的(de)融合發展。”在2021年(nián)世界新能(®λδδnéng)源汽車(chē)大(dà)會(huì)期間(jiān)π∑¶清華大(dà)學汽車(chē)産業(yè)與技(jì)術(shù)戰略研究院院長(cháng)、∏☆世界汽車(chē)工(gōng)程師(shī)學會↔>(huì)聯合會(huì)終身(shēn)名譽主席趙福全認為(wèi)，隻有(y♦♥π♥ǒu)軟硬件(jiàn)有(yǒu)效地(dì)融合發<₹€展，才能(néng)讓汽車(chē)的(de)功能(néng)、性能(néng)、尤其個(φ≤gè)性化(huà)的(de)體(tǐ)驗做(zuò)到(dào)極緻。

       新能(néng)源汽車(chē'≠×↕)的(de)核心技(jì)術(shù)依舊(jiù)是(shì)“三電®∑(diàn)”系統，包括電(diàn)池、電(diàn)機(jī)、電(diàn)∞¶¥控系統。除此之外(wài)，由于智能(néng)網聯的(de)快(kuài)速發展，γ  圍繞汽車(chē)産生(shēng)的(de)數(shù)據進行(xíng)加工(gōng)‌σ≈‌、算(suàn)法等技(jì)術(shù)形成的(de)軟件(÷αΩ©jiàn)技(jì)術(shù)，也(yě)同樣是(shì)新能(néng)源汽•≈™車(chē)的(de)核心技(jì)術(shù)。♦×Ω趙福全教授指出：“數(shù)據是(shì)汽車(chē)能(néng)夠不(bù)斷進化‍←(huà)的(de)DNA。相(xiàng)對(duì)于硬件(jiàn)來(lái)說(sh<←×∑uō)，軟件(jiàn)使車(chē)更具個(gè)性特征；沒有(yǒu)"Ω硬件(jiàn)不(bù)行(xíng)，但(dàn)隻有(y♥§ǒu)硬件(jiàn)不(bù)夠，需要(yào)軟件(j↔₩βiàn)來(lái)升華硬件(jiàn)，通(tōng)過數(shù)據讓汽★♦Ω→車(chē)進化(huà)。

      &nbε<sp;在新能(néng)源汽車(chē)≥★的(de)整個(gè)平台架構中，VCU（Vehicle Co♠✔​ntrol Unit 整車(chē)控制(zhì)器(q£∏$ì)）、MCU (Moter Control  ×↕✘Unit 電(diàn)機(jī)控制(zhì)器≤↔↑(qì)）和(hé) BMS （BATT•♥ ±ERY MANAGEMENT SYSTEM 電(diàn)<φ‌池管理(lǐ)系統）是(shì)最重要(yào)的(de)核心技(jì)術(shùελ)，對(duì)整車(chē)的(de)動力性、經濟性、可(kě)靠性和(h§₽®←é)安全性等有(yǒu)著(zhe)重要(yào)影(yǐγε<ng)響。

VCU

     整車(chē)控制(zhì)器(qì)是(shì)用∑∞✔‍(yòng)在純電(diàn)車(chē)型中的(de)控制(ε★<zhì)器(qì)，其功能(néng)類似于燃油車(chē)的(de)發動機(jī)控制(zφ∑hì)器(qì)（EMS），是(shì)新能(néng)源車(chē§™↔✘)輛(liàng)控制(zhì)系統中的(de)“大(d$©∑à)腦(nǎo)級”控制(zhì)器(qì ±  )。在某些(xiē)插電(diàn)式混合動力車(chē)型中，也(yě)會(huì↓•‍γ)用(yòng)到(dào)整車(chē)控制(zhì)器(qì)。整車(chē)控制(z₩•Ω✘hì)器(qì)的(de)主要(yào)功能(☆δδnéng)包含：

      1.行(xíng)駛控制(zhì)

      新能(néng)源汽車(c←× ÷hē)的(de)動力電(diàn)機(jī)必須按照(zh↔₩ào)駕駛員(yuán)意圖輸出驅動或制(zhì)動扭矩。π™₽ 當駕駛員(yuán)踩下(xià)加速踏闆或制(zhì)動踏闆©‌，動力電(diàn)機(jī)要(yào)輸出一(yī)定β±的(de)驅動功率或再生(shēng)制(zhì)動功率。踏闆開(kā∞↑i)度越大(dà)，動力電(diàn)機(jī)的(de>≥∏$)輸出功率越大(dà)。因此，整車(chē)控制(zhì)器(qì)要(yào)合"β理(lǐ)解釋駕駛員(yuán)操作(zu≤∑ò)；接收整車(chē)各子(zǐ)系統的(de)反饋信息，為(wèi)駕駛員(y≤ $₽uán)提供決策反饋；對(duì)整車(chē)各子(zǐ)系統的(d₹♥πe)發送控制(zhì)指令，以實現(xiàn)車(chē)γ♠¶輛(liàng)的(de)正常行(xíng)駛。

      ↕♣γ£2. 附件(jiàn)管理(lǐ)

      對(₽$™duì)DCDC、車(chē)載充電(diàn)機(jī)、水(shuǐ)泵、σε空(kōng)調壓縮機(jī)等進行(xíng)控制(zhì)管理(lǐ)。

      3.能(néng)量管理(lǐ★$✔§)

      在純電(diàn)動汽車(chē)中，電"β​(diàn)池除了(le)給動力電(diàn)機(jī)供電(diàn)以外(wài§✘ε♦)，還(hái)要(yào)給電(diàn)動附件(jiàn)→♥₽γ供電(diàn)，因此，為(wèi)了(le& ±α)獲得(de)最大(dà)的(de)續駛裡(lǐ)程，整車(chē)控制(zhì)器(q∞π•♦ì)将負責整車(chē)的(de)能(néng)量管理¶ε∏(lǐ)，以提高(gāo)能(néng)量的(de)利‌"用(yòng)率。在電(diàn)池的(de)SOC值比較低(dī)的(de)時(shí)₽¶ ✘候，整車(chē)控制(zhì)器(qì)将對(d♠§∏uì)某些(xiē)電(diàn)動附件(jiàn)發出指令，限制(z >hì)電(diàn)動附件(jiàn)的(de‍Ω β)輸出功率，來(lái)增加續駛裡(lǐ)程。

     新能(néng)源汽車(chē)以電(diàn)動機(j¶↑§σī)作(zuò)為(wèi)驅動轉矩的(de)輸出機(jī)構。電(dià£πn)動機(jī)具有(yǒu)回饋制(zhì) ©∏>動的(de)性能(néng)，此時(shí)電(d↑∞→↔iàn)動機(jī)作(zuò)為(wèi)發電(diàn)機(jī)，利'₹™用(yòng)電(diàn)動汽車(chē)的(de)制(zhì)動能(nén♣€"€g)量發電(diàn)，同時(shí)将此能(n←&←γéng)量存儲在儲能(néng)裝置中，當滿足充電(diàn↕εε₽)條件(jiàn)時(shí)，将能(néng)量反充給動力電(di♣∞àn)池組。在這(zhè)一(yī)過程中，整車(chē)控制(zhì)器(qì)根據加速踏<←闆和(hé)制(zhì)動踏闆的(de)開(kāi​ )度以及動力電(diàn)池的(de)SOC值來(lái)判斷某一(yī)時(sεα♣hí)刻能(néng)否進行(xíng)制(zhì)動能(néng)量回饋≠"€，如(rú)果可(kě)以進行(xíng)，♥<整車(chē)控制(zhì)器(qì)向電(diàn)機(jī)控制(zh‍αì)器(qì)發出制(zhì)動指令，回收能(néng)部分(fēn)能(néng)量。

     4.故障處理(lǐ)

      ¥¶©整車(chē)控制(zhì)器(qì)應該對(duì)車(chē)輛(liàng)的(d‌÷¶>e)狀态進行(xíng)實時(shí)檢測，并且将各個(gè)子(zǐ)€>♥系統的(de)信息發送給車(chē)載信息顯示系統，其過程是(shì)通(tō©£‌£ng)過傳感器(qì)和(hé)CAN總線，檢測↔∑Ω≠車(chē)輛(liàng)狀态及其各子(zǐ)系統狀态信息，驅動顯示儀表，将狀态信息和(hé)≠¶故障診斷信息經過顯示儀表顯示出來(lái)。顯示內(nèi)容↑♥₽包括：電(diàn)機(jī)的(de)轉速、車(chē)速，電(diλ≥•∏àn)池的(de)電(diàn)量，故障信息等。

     ∏↕∞© 連續監視(shì)整車(chē)電(diàn)控系統，進行(xíng)故障φ≤≤↕診斷。故障指示燈指示出故障類别和(hé)部分(fēn)故障碼。根≈≤♣據故障內(nèi)容，及時(shí)進行(xíng)相(xià¶↕✔ng)應安全保護處理(lǐ)。對(duì)于不(↕"∞™bù)太嚴重的(de)故障，能(néng)φ®做(zuò)到(dào)低(dī)速行(xíng)駛到(dào)附近(jìn)維修站♠☆♦¶(zhàn)進行(xíng)檢修。

     5.信息交互

     将動力系統，電(diàn)機(jī)、電€Ω✔♠(diàn)池、高(gāo)壓系統、空(kōng)調的(de)主要(yà>€o)數(shù)據、故障狀态等傳到(dào)儀表，接收駕駛員(yuán)的(de)控制(Ω±zhì)信息。

     此外(w∏&≠ài)整車(chē)控制(zhì)器(qì)還(hái)有(yǒu)充放δ≤↕(fàng)電(diàn)管理(lǐ)等功能(néng)。有(y±×∑≥ǒu)部分(fēn)車(chē)企還(hái)會(huì)将部分(fēn)熱(rè)管≠÷&理(lǐ)的(de)功能(néng)放(fàng)進HCU中，主要(yà™γo)用(yòng)來(lái)控制(zhì)水(shuǐ)泵、風(fē'β≠ng)扇、空(kōng)調控制(zhì)閥、熱(rè)交換器(qì)等工(gōn€≈g)作(zuò)。

BMS

      電(diàn)池管理×$(lǐ)系統（英語：Battery Managemσ¶÷<ent System，縮寫BMS）是(shì)≠λ>對(duì)電(diàn)池進行(xíng)管理(lǐ)的(de)系統，通(tō♥≠←ng)常具有(yǒu)量測電(diàn)池電(diàn)​♥<壓的(de)功能(néng)，防止或避免電(diàn)池過放(f<♦àng)電(diàn)、過充電(diàn)、過溫☆↑ 等異常狀況出現(xiàn)。随著(zhe)技(j&¶‌ì)術(shù)發展，已經逐漸增加許多(d§↔β₹uō)功能(néng)。

      電(diàn)池管理(lǐ)系統與×<✘£電(diàn)動汽車(chē)的(de)"☆動力電(diàn)池緊密結合在一(yī)起，通(tōng)過傳感器(qì)對(duì)電(d‍δ★iàn)池的(de)電(diàn)壓、電(diàn)流、溫度進行(xíng)實時(sh$₽í)檢測，同時(shí)還(hái)進行(xíng)​↓₩↔漏電(diàn)檢測、熱(rè)管理(lǐ)、電(d₽Ω§πiàn)池均衡管理(lǐ)、報(bào)警提醒，計(jì)算(suàn)®σ®剩餘容量（SOC）、放(fàng)電(diàn)功率，報(bào)告電(d​ ★±iàn)池劣化(huà)程度（SOH）和(hé)δ∞剩餘容量（SOC）狀态，還(hái)根據電(diàn)池的(de)電(diàn)壓電(dià¶♠♣n)流及溫度用(yòng)算(suàn)法控制(zhì)最大•♣(dà)輸出功率以獲得(de)最大(dà)行(xíng)駛裡>¥(lǐ)程，以及用(yòng)算(suàn)法控制(zhì)充電(diàn)機(←¥☆™jī)進行(xíng)最佳電(diàn)流的(de)充電(d•♠λ iàn)，通(tōng)過CAN總線接口與車(chē•‌)載總控制(zhì)器(qì)、電(diàn)機(jī)控制(zhì)±↓器(qì)、能(néng)量控制(zhì)系統™​、車(chē)載顯示系統等進行(xíng)實時(shí)通(tōng)信。BMS三個(gè)主± 要(yào)關鍵技(jì)術(shù)如(rú)下(xià)：

      1.Sφ≥→OC估計(jì)

      即準确估計(jì)電(diàn© )池剩餘電(diàn)量，保證 SOC 維持αα←在合理(lǐ)的(de)範圍內(nèi)，防止由于過充電(diδ$™✔àn)或過放(fàng)電(diàn)對(duì)電(diàn)池φ₩的(de)損傷，從(cóng)而随時(shí)預報(b∞€₽ào)混合動力汽車(chē)儲能(néng)電(diàn)池還(hái)剩餘多(du©±<≠ō)少(shǎo)能(néng)量或者儲能(néng)電(diàn)池的(de)荷電(diàn)←≠→♥狀态。SOC的(de)估算(suàn)精度高(gāo)，對(du¥ ₽→ì)于相(xiàng)同量的(de)電(diàn)池，可(kě)以有(y•±™™ǒu)更高(gāo)的(de)續航裡(lǐ)程。所以，高(gāo)精度的 ♦§£(de)SOC估算(suàn)可(kě)以有(yǒu♥↕)效地(dì)降低(dī)所需要(yào)的(de)電(diàn)池€​↕成本。

      SOC是(shì)依據¶φ監測的(de)外(wài)部特性信息計(jì)算(suàn)出來(lá<£≈¶i)的(de)傳輸信息。SOC告知(zhī)車(chē)主當前電(diàn)量的(de)&× €同時(shí)，也(yě)讓汽車(chē)了(le)解自(zì)身(sh✔$​♣ēn)電(diàn)量，防止過充過放(fàng)，提高(gāo)均衡一​→(yī)緻性，提高(gāo)輸出功率減少₽♣★§(shǎo)額外(wài)冗餘。系統底層內(nèi)部都(dōu)是(shì)經過複雜(zá)的÷®‍(de)算(suàn)法計(jì)算(suàn)，保證汽↔↕Ω車(chē)安全持續穩定運行(xíng)，提高(gāo)安全性。因此∞≠♦≤精确估算(suàn)SOC數(shù)值變得(de)非常重要(yàσ£o)，其算(suàn)法是(shì)相(xiàng)關企業(yΩ÷≥è)的(de)核心競争力之一(yī)。

      2.均衡控制(zhì)

      保證電(diàn)池單體(tǐ)的(de)參數(s‌♣≥​hù)一(yī)緻性，即為(wèi)單體(tǐ)電(diàn)池均衡充電(dià←♦™"n)，使電(diàn)池組中各個(gè)電(diàn) →₽池都(dōu)達到(dào)均衡一(yī)緻的(de)狀态。均衡控↔ε↑制(zhì)分(fēn)為(wèi)主動均衡與被動均衡。主動均衡是(‍™shì)對(duì)電(diàn)池組在充電(diàn)、放(fàng)∞∑♦∏電(diàn)或者放(fàng)置過程中，電(diàn)池單βε₩★體(tǐ)之間(jiān)産生(shēng)的(de)容量或電(diàn)壓差異性進行(xíng✔↕₹≥)均衡，來(lái)消除電(diàn)池內(nèi)部産生∑&(shēng)的(de)各種不(bù)一(yī)緻±&♦​性。而在這(zhè)一(yī)過程中，涉及到(dào)能(néng)量的(de)轉移，₩♦能(néng)量轉移一(yī)般有(yǒu)兩種方法，一(yī)種是(shì)将β☆ 能(néng)量高(gāo)的(de)單≥β≥↑體(tǐ)電(diàn)池能(néng)量均衡到(dào)能(né≤≈ng)量低(dī)的(de)電(diàn)池，另一(yī)種是(shì)将電(diàn)壓© ♣♥（容量）高(gāo)的(de)單體(tǐ)電(di≥∑λàn)池的(de)能(néng)量轉移給一(y←'☆÷ī)個(gè)備用(yòng)電(diàn)池，再由備用(yò ∞♦ng)電(diàn)池轉移到(dào)其它電(diàn)壓（容量）較低(dī)的(de)電(di£≥λàn)池。

     δ≥☆ 在傳統能(néng)耗型BMS系統中，均衡方式主要(yào)以被動×α均衡為(wèi)主，采用(yòng)單體<≠φ(tǐ)電(diàn)池并聯分(fēn)流能(né×★♦ng)耗電(diàn)阻的(de)方式，且隻能(néng)在充電(diàn)過程中做(zuò)均←¶"衡工(gōng)作(zuò)。其工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)是(shì)通(t♣φōng)過對(duì)電(diàn)壓的(de)采集，發現(xiàn)串聯單體(tǐ)電(d✘₽•iàn)池之間(jiān)的(de)差異，以設定好(hǎo)的(de)充電(diàn)電¶σ​(diàn)壓的(de)“上(shàng)限阈值電(×↑ diàn)壓”為(wèi)基準，任何一(yī)隻單體(tǐ)電(di£γαπàn)池隻要(yào)在充電(diàn)時(shí)最先達到(dào)“上×≥Ωγ(shàng)限阈值電(diàn)壓”并檢測出與相(xiàng)↕α鄰組內(nèi)電(diàn)池差異時(shí)，即對(duì)電(diàn)‌∑"池組內(nèi)單體(tǐ)電(diàn)壓最φ↓高(gāo)的(de)那(nà)隻電(diàn)池，通(t≥ ōng)過并聯在單體(tǐ)電(diàn)池的(de)能(néng)耗電(diàn≠♦₹)阻進行(xíng)放(fàng)電(diàn)電(diàn)流，以此類推，一(÷∞yī)直到(dào)電(diàn)壓最低(dī)的(d‍↓e)那(nà)隻單體(tǐ)電(diàn)池到(dào)達“上(s€©™♣hàng)限阈值電(diàn)壓”為(wèi)一∑♥§(yī)個(gè)平衡周期。

      3.熱★≥'(rè)管理(lǐ)

      使電(diàn)池工(gōng)作(zuò)πδ在适當的(de)溫度範圍內(nèi)和(hγ<≤é)降低(dī)各個(gè)電(diàn)池模塊之間(jiān)的(de©​)溫度差異。熱(rè)管理(lǐ)主要(yào)包括确₩↕定電(diàn)池最優工(gōng)作(zuò)∑•"溫度範圍、電(diàn)池熱(rè)場(chǎng)計(jì)§≥€算(suàn)及溫度預測、傳熱(rè)介質選擇、熱(rè)管理(lǐ)系統散熱(rè)結構設計¥ (jì)和(hé)風(fēng)機(jī)預測穩點的(de)選擇。

MCU

      電(diàn)機(jī)控制(zhì)器(qì)是 Ω(shì)連接電(diàn)機(jī)與電(diàn)池的(de)神經中樞，用(♥¥©×yòng)來(lái)調校(xiào)整車(chē)各項性能(néng)，÷α足夠智能(néng)的(de)電(diàn)控不(bù)僅能(néng)保障車(chē)輛(δ↔δ<liàng)的(de)基本安全及精準操控，還(hái)能(néng)讓β↔電(diàn)池和(hé)電(diàn)機(jī≤<σ)發揮出充足的(de)實力。

      1) 實$↑現(xiàn)把動力電(diàn)池的(de)直流電(diàn"∞)能(néng)轉換為(wèi)所需的(de)高(gāo)壓交流電(diàn)、并驅動電(diàn≥ )機(jī)本體(tǐ)輸出機(jī)械能(λ€↔néng)

      2) MCU具有(yǒu÷↔)電(diàn)機(jī)系統故障診斷保護和(hé)存儲功能(nén♠↓≥∑g)

      3♠≥) MCU由外(wài)殼及冷(lěng)卻系統、功率電‍♦(diàn)子(zǐ)單元、控制(zhì)電(diàn)路(lù)、底層軟件(jiàn)和✔γ(hé)控制(zhì)算(suàn)法軟件(jiàn×≠$§)組成，具體(tǐ)結構如(rú)圖所示

      4) MCU硬件(jiàn)電(diàn)路(lù♠↕∑↕)采用(yòng)模塊化(huà)、平台化(huà)設計(jφ₩↕ì)理(lǐ)念（核心模塊與VCU同平台），功率驅動部分(fēn)采用(yòng)多≠Ω☆(duō)重診斷保護功能(néng)電(diàn)路(lù)設計(jì)，功率回路(lù)部分(f↔λ¥ēn)采用(yòng)汽車(chē)級IGBT模塊并聯技(jì)術(sσ≥∏hù)、定制(zhì)母線電(diàn)容和(hé)集成母排設計♦<(jì)；結構部分(fēn)采用(yòng)高(gāo)防護等級、≤±↕集成一(yī)體(tǐ)化(huà)液冷(lěng)設計(jì)

      5)£Ω♣ 與VCU類似，MCU底層軟件(jiàn)以AUTOSAR開(kāi)放(fàng)式∏¶∞系統架構為(wèi)标準，達到(dào)ECU開(kāi)發共£δ同平台的(de)發展目标，模塊化(huà)軟件(jiàn)組件(j↑¥δ£iàn)以軟件(jiàn)複用(yòng)為(wèi)目标

     &nb♦‍sp;6) 應用(yòng)層軟件(jiàn)按照(zhào)功能(néng♥" >)設計(jì)一(yī)般可(kě)分(fēn)為(wèi)四個(gè)模塊：狀态控制λ£ σ(zhì)、矢量算(suàn)法、需求轉矩計(jì)算(suàn)和(hé)診斷模塊。其"δ↔中，矢量算(suàn)法模塊分(fēn)為(wèi)MTPA控制(zhì)和(hé)弱磁控制(zh¶✔ì)。

      7) MCU關鍵技(jì)術(s&•↕hù)方案包括：基于32位高(gāo)性能(néng)雙核&÷₹主處理(lǐ)器(qì)；汽車(chē)級并聯IGBT技(jì)術(shù​↓→®)，定制(zhì)薄膜母線電(diàn)容及集成化(huà)×₹♣功率回路(lù)設計(jì)，基于AutoSπ≤•AR架構平台軟件(jiàn)及先進SVPWM PMSM控制וλ™(zhì)算(suàn)法；高(gāo)防護等級殼體 ₽(tǐ)及集成一(yī)體(tǐ)化(hu¥÷à)水(shuǐ)冷(lěng)散熱(rè)設計(jì)。

      智能(néng)汽車(chē)是(shì)未Ω ♥$來(lái)發展的(de)大(dà)趨勢。智能(néng)的(d∑↑e)車(chē)要(yào)像夥伴一(yī)樣了(le)解人(rén)，但(dàn)如(r≈‍≤☆ú)果沒有(yǒu)安全保障，一(yī)切都(dō≈&→u)無從(cóng)談起。以前的(de)汽車(chē)安全以機(jī)械∏×安全為(wèi)主，但(dàn)智能(néng)網聯汽車(chē)時(shí)± "‌代，安全問(wèn)題應該是(shì)最廣泛的(de)、無處不(bù)在的(de)，包括零部件(jε••λiàn)的(de)安全、整車(chē)的(de)安全、系統的(de)安全Ω✘→、硬件(jiàn)的(de)安全、軟件(jiàn)的(de)安全、數(shù)據的(de)安♣₽β全、通(tōng)信的(de)安全和(h≈Ω₩Ωé)網絡的(de)安全。

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