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第五節 浙大反激電源設計指南
純電動汽車中的大三電。即整車控制器(VCU),電池管理系統(BMS)和電機控制器(MCU)的通用的功能和技術點。本文分四個要點闡述。
純電動車中的大三電一般指的是動力系統部分的控制器。純電動車的動力來源于動力電池,通俗點說,控制系統如下圖所示:

動力電池
? ? ?動力電池為化學電源,向高壓動力回路提供電能,一般是由許多個單體電芯先并聯后串聯組成,并由電池管理系統BMS進行控制,以保證動力電池的安全性及穩定性,目前應用最廣泛的是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。

驅動電機
? ? ?驅動電機是將動力電池的電能轉化為機械能的裝置。目前廣泛應用的永磁同步電機和交流異步電機。

電機控制器
? ???電機控制器將動力電池提供的高壓直流電轉化為三相交流電,在整車控制策略下根據駕駛員的意圖控制驅動電機的電壓和電流,完成電機驅動扭矩、旋轉方向及速度的控制。

小三電:DC/DC轉換器,車載充電機(OBC)和高壓配電盒,obc的主要功能就是將220V的電充電池中,DC/DC轉換器和高壓配電盒(PDU),都是將電能進行有效合理的分配的用途,這些是比較重要的部分,稱之為小三電。
DC/DC轉換器
? ?? DC/DC轉換器(DC/DCconvertor)是將高壓直流電壓轉換成低壓直流電壓的轉換器。整車上高壓后DC/DC轉換器為整車常規電器供電,同時給12V蓄電池充電。

車載充電機
? ? ?車載充電機(on-board charger;OBC)是固定安裝在電動汽車上的控制和調整蓄電池充電的電能轉換裝置。車載充電機具有為電動汽車動力電池安全、自動充滿電的能力,其依據電池管理系統(BMS)提供的數據,動態調節充電電流或電壓參數,執行相應的動作,完成充電過程。

高壓配電盒
? ?? 高壓配電盒(Power Distribution Unit;PDU)是新能源車高壓系統解決方案中的高壓電源分配單元,它將動力電池的高壓電分配給電機控制器、驅動電機、電動空調壓縮機、PTC加熱器、DC/DC等高壓用電設備。

2. VCU技術要點
作為整車控制器,VCU主要就是接受從整車其他地方傳過來的信號,經過邏輯處理以后,做出一些驅動信號的執行,以及與其他電子控制器的通信。

3. BMS技術要點
BMS主要是負責動力電池管理。這樣解釋比較難懂,通俗點說估計就明白了。

如今純電動車容易被人關注的兩個點,這兩點都和BMS強相關。
(1) 電動車能否準確計算剩余電量能跑多遠。電動車不像燃油車,加油就能跑,純電動車一旦沒電就趴窩了,一點辦法都沒有,這個準確性一直是老百姓關注的,這電量的負責者就是BMS。
(2) 電動車的電池熱失控起火問題。這個自然主要是電池相關的問題,BMS如何盡可能的提前預警和預防熱失控,很關鍵。
當然,BMS功能遠不止這些,還有如下:
(1) 電池的充電和放電管理,要準確和充電進行數據交互,管理電池的充電與放電,避免過充和過放,這些都是大大影響電池壽命的。
(2) 電池的電量,健康情況等的處理,這是BMS最核心的業務。其算法非常多,網上也有大段的材料介紹這個,這里就不多提及了
(3) 緊急狀況下的處理。這里緊急情況就比較多了,比如電機控制器失控了,這時候BMS就要將動力電掐斷。
作為能量管理單元,軟件算法自然最關鍵,但為了準確的計算剩余電量等信息,BMS會要求其硬件的高精度,穩定性和一致性,以提升估算的精度。
4. MCU技術要點
它是電機控制器,即動力輸出。通俗點說,就是你要加速他讓電機轉得快一些,要剎車他能讓電機轉的慢一點。

?
所以,它有如下特點:
(1) 響應快,這個很容易理解,但其實不好做,因為工況比較復雜。舉一個簡單的例子就能感覺到。同樣是加速,有的發生在平地,有的發生在上坡,有的發生在下坡。平地和上坡都還好,因為是克服阻力。但是發生在下坡時就比較尷尬了,因為有個重力分量,不僅有控制器給電機施加力量,也有地球媽媽在拉著它。有時候坡度較大,如果控制不好,會有比較強的頓挫感,這在駕駛時就比較嚇人了。所以電機控制器的算法是比較難的,要平穩,低調才行。
(2) 穩定可靠。這個也好理解,但是做起來也很頭疼,因為這里都是大功率,電流電壓什么的很容易來一個尖峰之類的,還有發熱對器件的影響,這些都需要認真考慮。要保證MCU穩定運行。
(3) 緊急情況。這個分幾種,一種是車輛遇到緊急情況,電機做出及時的響應,這里因為是動力,響應一定要及時;第二種就是內部故障,比如某個大功率器件出現了問題,這個MCU本身就是工作不正常了,也要及時作出響應。
(4) 架構和成本。為了降本,電機控制器需要做一些簡化,這就要從整車角度去考慮了,有時候會將電機和MCU做成一體的,這樣可以有效節省空間和降低成本,同時在硬件設計和軟件設計時要坐下來一塊討論討論整體架構,才能最初最合適的設計出來。
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