电控系统如何影响新能源汽车性能

电控技术并非新能源汽车的专属,传统燃油车同样离不开电子控制系统(ECU)的精密调控。然而,随着这项技术在新能源汽车上的广泛应用,整车电子控制系统所肩负的职责愈发繁重。模块化的电控系统不仅成为了车企的核心技术,更在提升新能源汽车性能方面发挥着至关重要的作用。

作为整车的核心,电控系统在新能源汽车中扮演着举足轻重的角色。它不仅负责高效、稳定地调控车辆性能,还要应对转向电气化带来的诸多新增系统,如电池组、驱动电机、变速箱(减速器)、动能回收系统等。若再加上自动驾驶和增程式系统,电控系统的负担更是大大增加。因此,传统的“单一电子控制器”已无法满足需求,进而演变为“车辆中央电子控制器”,这一命名变化也充分体现了电控系统在新能源汽车中的不可或缺的地位。

在新能源汽车的三级模块体系和平台架构中,整车控制器(VCU)、微控制器(MCU)和电池管理系统(BMS)被视为最核心的技术。这三者对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性都产生深远的影响。同时,新能源电子控制系统还包括电池管理系统BMS、微控制器MCU、整车控制器VCU等多个关键模块,它们共同协作,确保车辆的安全、稳定和高效运行。

1、整车控制器(VCU)

VCU,作为整车控制决策的核心电子控制单元,通常仅配备在新能源汽车上,传统燃油车则无需此装置。它负责采集电机控制系统信号、加速踏板信号、制动踏板信号以及来自其他部件的信号。在综合分析驾驶员的驾驶意图后,VCU会作出相应的响应判断,并监控下层的各部件控制器的工作状态。VCU对汽车的正常行驶、电池能量的制动回馈、网络管理、故障诊断与处理以及车辆状态监控等方面都发挥着至关重要的作用。其结构组成包括外壳、硬件电路、底层软件和应用层软件,其中硬件电路、底层软件和应用层软件是VCU技术的关键核心技术。

VCU的硬件设计采用了标准化的核心模块电路以及专为VCU设计的电路,如传感器采集等。这种设计使得标准化核心模块电路能够灵活地应用于MCU和BMS,从而大大提高了硬件的可移植性和扩展性。
在底层软件方面,VCU遵循AUTOSAR汽车软件开放式系统架构的标准,旨在实现电子控制单元(ECU)的共平台开发,以支持新能源汽车的不同控制系统。通过模块化软件组件的设计,我们实现了软件复用的目标,这不仅有效提升了软件质量,还显著缩短了软件开发周期。

应用层软件则遵循V型开发流程和基于模型的开发方法,这有利于团队协作和平台的进一步拓展。我们利用快速原型工具和模型在工具对软件模型进行验证,极大地加速了开发进程。同时,策略文档和软件模型都采用专用的版本工具进行管理,从而增强了其可追溯性。在应用层中,驾驶员转矩解析、换挡规律、模式切换、转矩分配以及故障诊断策略等都是关键技术,它们对车辆的动力性、经济性和可靠性产生了深远的影响。

在整车控制技术领域,日本及欧美企业一直处于全球领先地位。这些国家的企业在电动汽车领域有着深厚的积累,其控制策略成熟且节油效果显著,同时,他们的控制器产品也经过市场验证,可靠性得到了充分证实。

从全球视角来看,各大汽车电子零部件巨头,如德尔福、大陆、博世集团等,都在积极投身于整车控制器的研发与生产。

中国电动汽车市场的崛起也为整车控制技术的研发带来了新的活力。北京理工大学、吉林大学、湖南大学等高校以及一汽、东风、奇瑞、北京理工华创电动车、杭州杰能等企业都在积极进行整车控制系统的研发。

国内主流的整车控制器生产企业主要包括整车厂、电机电控企业以及汽车电子企业。为了确保电动汽车的核心零部件供应,许多车企都选择自主研发生产整车控制器及系统设计。例如,比亚迪、长安、上汽、宇通、金龙等企业都配备了自主研发的整车控制器。当然,也有部分产品及零部件是通过外购来满足需求的。

此外,电机电控企业如大洋电机、方正电机、汇川技术等也纷纷进军整车控制器领域,进一步推动了该领域的技术创新与市场竞争。

2、微控制器(MCU)

在新能源汽车中,微控制器系统,特别是驱动电机和电机控制器,是车辆行驶的关键执行结构。这些控制器的功能和驱动特性直接决定了汽车的行驶性能。电机控制器,作为电池与电机之间的电能转换枢纽,其核心地位不言而喻。它不仅包含了IGBT功率半导体模块及其相关电路等硬件组件,还集成了电机控制算法和逻辑保护等软件功能。

电机控制器通常由以下几部分构成:
(1)电子控制模块(ElectronicController),负责硬件电路和控制软件的管理。硬件电路主要涵盖微处理器及其最小系统、电机状态监测电路、硬件保护电路以及与外部控制单元如整车控制器、电池管理系统的通信电路。控制软件则根据不同电机类型实现特定控制算法。
(2)驱动器(Driver),其作用是将微控制器发出的电机控制信号转换为驱动功率变换器的驱动信号,并确保功率信号与控制信号的隔离。
(3)功率变换模块(PowerConverter),专门负责电机电流的控制。电动汽车中常用的功率器件包括大功率晶体管、门极可关断晶闸管、功率场效应管、绝缘栅双极晶体管以及智能功率模块等。

3、电池管理系统(BMS)

在新能源汽车中,电池管理系统(BMS)扮演着至关重要的角色。作为动力电池组的核心技术,它不仅连接着电池组与整车系统,还与电机紧密相连,成为衔接各部分的纽带。其核心地位不言而喻,因为BMS的稳定性和性能直接影响到电动汽车的续航里程、安全性能以及整体使用寿命。

电池管理系统(BMS)被誉为电池的“保姆”,其重要性不言而喻。目前,BMS在动力电池中的应用广泛,涵盖了电池状态的实时监测、深入分析、安全保护、能量控制管理以及信息管理等多个方面。
电池管理系统(BMS)作为电池的“保姆”,其重要性不言而喻。在动力电池领域,BMS的应用广泛且不可或缺,涵盖了电池状态的实时监测、深入分析、安全保护、能量控制管理以及信息管理等多个方面。

首先,电池状态的监测是BMS的基础功能,涉及对电池系统的电压、电流、温度等关键数据进行实时采集与监控。这些数据不仅为其他高级功能提供基础,还是确保电池安全、高效运行的关键。

其次,电池状态的分析是BMS的核心功能之一。其中,荷电状态(SOC)评估,即估算电池剩余电量,是评估电池性能和运行效率的重要指标。同时,健康状态(SOH)评估则关注电池随使用时间增长而性能逐渐下降的情况,通过监测电池容量衰减等指标来评估电池的健康状况。

此外,电池安全保护也是BMS不可或缺的功能。它包括过流保护、过充过放保护以及过温保护等多重措施,确保在系统监测到异常情况时能及时作出反应,保障电池的安全运行。

同时,能量控制管理旨在优化电池的使用效率,通过充电控制、放电控制以及电池均衡管理等手段,使电池在高效且节能的状态下运行。这不仅延长了电池的使用寿命,还提高了电动汽车的续航能力。

最后,电池信息管理涵盖了电池信息的显示、系统内外信息交互以及历史信息储存等多个方面。通过仪表将电池状态信息呈现给驾驶员,同时与整车控制器和电机控制器进行数据交互,以及储存电池的历史信息,为电池状态分析、故障诊断与排除提供支持。

当前,国内涉及BMS的企业众多,但技术领先者寥寥无几,导致行业集中度较高但技术水平参差不齐。同时,大多数企业面临同质化竞争的问题。然而,随着产业链各环节主体的积极参与布局,BMS市场呈现出多元化的竞争态势。其中,动力电池企业如宁德时代、中信国安盟固利、国轩高科、微宏动力等凭借其掌握的核心技术优势,在市场上展现出强大的竞争力。
电池厂自营BMS在车型量排行前5的企业

排行
企业名称
配套车型量(款)
1宁德时代
2292中信国安盟固利
723沃特玛
654合肥国轩高科
525微宏动力

接下来,我们来探讨电池厂自营BMS业务的好处。首先,自营BMS能够实时监控电池性能及潜在问题,进而快速调整生产流程,优化电池性能。其次,这有助于电池厂更深入地了解自身电池的各项指标与特性,为构建更高效的BMS系统奠定基础。最后,自营BMS还能有效控制成本,进一步提升电池产品的市场竞争力。

此外,还存在一类专业的第三方BMS企业,如东莞钜威动力、惠州市亿能电子、深圳科列技术等,它们专注于BMS的研发与销售。这类企业在车型量排行中也占据一席之地。

485上海正昀新能源

此外,市场上还存在着一种“BMS+PACK”模式的BMS企业,它们不仅经营BMS业务,还涉足PACK业务。这类企业如南京创源天地和北京普莱德,在行业中占据一席之地。值得一提的是,“BMS+PACK”模式的企业在车型量排行中表现尤为突出,前5家企业均采用此模式。接下来,我们将详细探讨这种模式的特点及优势。

55(4)整车厂自营BMS:

这类BMS业务由车厂自主经营,专为车厂自身装配。比亚迪、北京新能源、中通客车等企业均致力于BMS的研发,不仅掌握了核心技术,还在成本方面展现出强大的市场竞争力。值得注意的是,在车型量排行前5的企业中,有4家都采用了整车厂自营BMS的模式。
1比亚迪
4中通客车控股
7北京新能源
5杭州长江
4万向一二三

整车企业通常对电芯的介入程度相对较低,它们更倾向于通过兼购、并购或战略合作等方式进入该领域。然而,BMS成为了这些企业重点关注的焦点。为了将整车BMS拓展至电池BMS,从而掌握BMS的主动权,成为了众多整车企业的核心策略。

放眼全球,新能源汽车已逐渐被视为未来汽车行业的支柱,众多国家都在积极推动其发展与普及。这一趋势为电控技术的进步带来了难得的机遇。在国内市场上,得益于国家政策的扶持,电控领域有望迎来百花齐放、竞争激烈的繁荣景象。

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