[智能网联汽车/汽车电子] 电动汽车(车端)大三电系统：整车控制器（VCU） / 电池管理系统（BMS） / 电机控制器（MCU）

概述：电动汽车(车端)的大三电系统：整车控制器（VCU） / 电池管理系统（BMS） / 电机控制器（MCU）

车端的大三电系统： VCU / BMS / MCU

  • 纯电动车中的大三电，一般指的是动力系统的控制器。

  • 纯电动车的动力来源于动力电池

控制系统如下图所示：

  • MCU 的作用

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 Control Unit，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。

  • BMS 的作用

顾名思义，BMS（batterymanagement unit，电池管理单元）的作用: 管理电池的能量，包括电池的充电和放电，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，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，一定要将动力电池及时断开，避免造成更严重的影响。

  • VCU 的作用

VCU（VehicleControl Unit，整车控制器），其主要职责: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。

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。

车端的小三电系统：DC/DC转换器、车载充电机(OBC)、高压配电盒(PDU)

电动汽车的小三电系统，三者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。

  • DC/DC转换器

  • 车载充电机（On-Board Charger，OBC）

一种将交流电源转换成直流电源的设备，用于将充电站的交流电压转换成电动汽车所需的直流电压，以便为电池充电。
车载充电机被安装在电动汽车和插电式混合动力电动汽车中，利用来自住宅或公共充电站的交流电进行充电。

  • 高压配电盒(Power Distribution Unit，PDU，高压电源分配单元)

作为电动汽车高压系统的“大脑”，PDU不仅掌控着充放电的节奏，还时刻守护着电路的安全，避免过载和短路的风险。
它更是高压采样、低压控制等关键功能的执行者，为电动汽车的稳定运行提供了坚实的保障。

图：高压配电盒(PDU)图例

它与众多高压部件紧密相连，如同一位调度员，精确协调着动力电池、电机控制器、电动空调、电动转向等各个“部门”的工作。
无论是动力电池和充电，还是电机、空调、转向、气泵、暖风等，都离不开PDU的精准指挥和高效协调。

图：汽车调度员的高压配电盒

图：高压配电盒的主要功能

VCU := 整车控制器

定义 / 特点

  • 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。

  • VCU 的功能

新能源——VCU开发 - CSDN

  • VCU的内部结构

浅谈整车域控制器——VCU功能 - CSDN 【推荐】

  • 其承担的角色决定了它的特点：
  • （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）成本。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。

FAQ for VCU

Q: BCM（车身控制模块）、VCU（车辆控制单元）的区别？

  • 功能：
  • BCM：负责管理车辆的车身功能，如照明、车窗、门锁等，确保这些电气系统的正常运行。
  • VCU：负责整车的控制，处理来自油门、刹车等信号，监测车辆状态并发送控制指令。
  • 作用：
  • BCM：充当车辆车身的“大脑”，通过各种协议与其他电子控制单元（ECU）通信。
  • VCU：控制动力系统和电池系统的工作状态，确保车辆的动力性能和安全性。
  • 应用：
  • BCM：广泛应用于现代汽车中，管理多种车载电器。
  • VCU：主要用于电动汽车和混合动力汽车中，负责整车的动力管理。

Q: 智能网络汽车的经典五域集中式EE架构？VCU（整车控制器）扮演的角色？原来的 BCM（车身控制器） 又扮演了什么角色？

  • 推荐文献

含：对 VCU（整车控制器）扮演的角色？原来的 BCM（车身控制器） 又扮演了什么角色？的解答

Q: 域控制EE架构下，VDC（整车控制域控制器） ？（以华为 CCA 三域集中式EE架构为例）

  • 以太环网 + 分布式网关 + 区域控制器

基础通信架构：以太环网

  • 智能座舱域控制器 CDC

称:Cockpit Domain Controller

  • 智能驾驶域控制器 MDC

全称：Mobile Data Center
别称：移动数据中心

  • 整车控制域控制器 VDC

全称：Vehicle Domain Controller
动力、底盘、车身 => 整车控制

BMS := 电池管理系统

定义 / 特点

  • BMS技术要点: BMS主要是负责动力电池管理。

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(SOC)、健康情况(SOH)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。

MCU := 电机控制器

定义 / 特点

  • MCU技术要点

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。

  • MCU 的特点
  • （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。

X 参考文献

posted @ 2025-05-14 07:41  千千寰宇  阅读(308)  评论(0)    收藏  举报