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新能源汽车中的大三电和小三电及其技术要点

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新能源汽车中的大三电和小三电及其技术要点

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。


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:





动力电池

     动力电池为化学电源,向高压动力回路提供电能,一般是由许多个单体电芯先并联后串联组成,并由电池管理系统BMS进行控制,以保证动力电池的安全性及稳定性,目前应用最广泛的是磷酸铁锂电池和三元锂电池。



驱动电机

     驱动电机是将动力电池的电能转化为机械能的装置。目前广泛应用的永磁同步电机和交流异步电机。



电机控制器

     电机控制器将动力电池提供的高压直流电转化为三相交流电,在整车控制策略下根据驾驶员的意图控制驱动电机的电压和电流,完成电机驱动扭矩、旋转方向及速度的控制。



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。




           

           

           

           

DC/DC转换器

     DC/DC转换器(DC/DCconvertor)是将高压直流电压转换成低压直流电压的转换器。整车上高压后DC/DC转换器为整车常规电器供电,同时给12V蓄电池充电。



           

           

           

车载充电机

     车载充电机(on-board charger;OBC)是固定安装在电动汽车上的控制和调整蓄电池充电的电能转换装置。车载充电机具有为电动汽车动力电池安全、自动充满电的能力,其依据电池管理系统(BMS)提供的数据,动态调节充电电流或电压参数,执行相应的动作,完成充电过程。



           

高压配电盒

     高压配电盒(Power Distribution Unit;PDU)是新能源车高压系统解决方案中的高压电源分配单元,它将动力电池的高压电分配给电机控制器、驱动电机、电动空调压缩机、PTC加热器、DC/DC等高压用电设备。



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。


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,它有如下特点:

(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。

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来源:电力电子技术与新能源
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首次发布时间:2023-05-21
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