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新能源汽车电池包

新能源汽车电池包

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2014年国内新能源汽车产销突破8万?辆,发3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。

本文??引用地址:http://www.ee¥pw.com.cn/article/201808/386759.htm

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、&ld?quo;+&rdqu?o;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 s?tarter? generator,带传动启停装置)系统,P1代表?ISG(Integrated? ﹣st?arter g㎏enerator,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m之?间,P3表示电机∵处于变1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μ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o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、AmolT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、MC?U、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m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?﹥过采集油门踏板新能源汽车电池包、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* VC≡U组成

VC?U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32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mlV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。

3.2 MCU

MCU是新能源汽车%特有的核?心功率电子单¢元,通过接收VCU的车2辆行驶控制指令,控制电动机输出指定的扭矩和转速∮,驱动车辆行驶。实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流?㏒电、并驱动电机本体输出机械能。同时,MCU∩具?有?电机系统故障诊断保护和存储功能。

MCU由外壳及冷却系统、功率电子单≦元?、控制电路、底㎜层软件和控制算法㎎软件组成,具体结构如图4所示。

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图4 MCU组成

MCU硬件电路采用模块$℃化、平台?化设计理念(核心模块与VCU同平台),功率驱动部分采用多重诊断保护功能电路设计, ?功≒率回路部分采用汽车级IG§BT模块并联技术、定制母线电容和集成母排设计;结构部分采用高防护等级、集成一体化液冷设计。

与VCU类∑似,MCU底?层软件以AUTOSAR开放式系统架?构为标准,达到ECU开发共同平台的发展目标,模块化软件组件以软件复用为目标。

应用层软件按照功能设计一般可分为四个模块:状态控制、矢量算法、需求转矩计算∟和诊断模块。其中3,矢量算法模块分为MTPA控制和弱磁控制。

MCU关键技术方案包括:基于32位高性能双?核主处∣理器;汽车级并联IGBT技术??,定制薄膜母线电容及集成化功率回路设计,基于AutoSAR架构平台软件及先进SV×PWM PMSM控制算法;高防护等级壳℉体及集成一体/化水冷散热﹣设计。

表3为世界主流 MCU硬件<供应商的技术参数,代表着MC?U的发展动态。
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