【EVH1000原創】新能源汽車軟件開發：VCU/MCU/BMS高壓上下電協同控制

EVH1000

當下新能源汽車如火如荼的進行著，很多即將走出學校的學友、還有很多奮戰在傳統汽車崗位上的工友們，應該都想從事新能源汽車開發技術，今天來給大家講講新能源汽車核心的一項，也是最基礎的的一項控制技術---高壓系統上下電協同控制，涉及VCU、BMS、MCU三大核心控制器的協同工作。

我這里基于前人的一些不足，把VCU、BMS和MCU看成一個系統，綜合起來和各位學友和工友進行系統層面的探討，相信你掌握了本篇文章的核心內容后，對三電的電控會有一個比較清晰的認識和掌握。

新能源核心的技術相信各位工友已經不陌生了，新能源是動力范疇，核心其實是三電技術：電池、電機、電控。

電池主要是材料，電機主要是工藝，電控的核心是控制策略。本人從2015年大學畢業后一直從事電控策略開發和應用，但是主要是發動機電控，這些年也逐漸轉型到了新能源電控上來，比起傳統動力，當下的新能源動力的特點就是存在高壓電系統（引擎蓋打開那些橙色的電線，千萬不要去摸，萬一絕緣不好的話會電死人），比起傳統車的12V，現在的新能源汽車普遍要達到350V以上，甚至有800V。

當然不是說電壓越高越好，但是對于我們搞控制的來說，多少伏電壓電壓，你熄火后一方面要把電池從高壓回路中斷開，另一方面要把高壓回路中殘留的電荷釋放掉。

- 全體員工大合照 -

開始整體之前，我們先介紹一下兩個架構，一是高壓系統架構，二是電子電器架構。

首先看一下高壓系統架構，整個高壓回路，掛在上面的大三電有兩個，也就是電池和電機；此外還有DC/DC（把高壓350V轉換成12V，給小電瓶充電，給控制器供電），OBC（也就是慢充，把外接220V交流電轉換成350V給電池充電）還有PTC加熱器（低溫時加熱電池水回路，加熱駕駛艙）。

有幾個重要的繼電器（用低壓控制高壓回路是否閉合的開關）要說一下，一個是主正（主正繼電器），還有一個是主負（主負繼電器），這倆閉合的時候是正常工作狀態，形成了回路“正常”；同時我們可以看到有一個預充繼電器，預充回路上有個電阻，這個電阻減少充電電流，目的是什么呢，就是我們汽車按下啟動鑰匙后，不能直接把前面提到的回路"正常"直接導通，否則會產生劇烈的電火花，你如果不理解可以把你的小電瓶負極拔了再突然接上，會有電火花產生，這對整個回路的元器件都是不利的。

因此上電的時候，我們先要進入“預充”回路，也就是讓預充繼電器+主負閉合，這樣的話電流緩緩增加，在電機控制器（逆變器）那個里邊有個電容，也成為母線支撐電容/DC-link(緩沖電路關鍵元器件，防止振鈴現象)，把這個電容的電壓通過預充打上來之后呢，再閉合主正，打開預充繼電器，就不會有電火花產生了。

因此也就是上電的關鍵步驟，預充。

再看一下電子電器架構，VCU、MCU、BMS三個掛在動力CAN上的控制器。

新能源所在的控制領域屬于動力域，接受的兩個關鍵信號就是油門和剎車，目的輸出扭矩，形式是能力轉換。

VCU，MCU，BMS通過CAN通訊進行交互，當下三者分別由整車廠、電驅供應商、電池供應商進行開發，但是根據未來的趨勢，VCU大有收回很多功能之勢（比如MCU的狀態管理、熱保護、轉速控制等等；BMS的主正、主負，預充繼電器的控制等等），MCU和BMS可能會編程智能裝置，越來越簡單。

首先必須明確的一點，所有的控制器上電最開始的就是KL15或者網絡管理報文，這是低壓喚醒控制器的必然操作，是控制器工作的源頭。

第一步 上低壓：KL15一般是通過點火開關進行喚醒，而網絡管理報文一般是通過車鑰匙解鎖觸發，目的是快速喚醒車輛讓用戶能夠快速開車，不然的話響應慢駕駛員肯定會抱怨。

第二步 自檢：低壓喚醒以后，VCU、BMS和MCU開始自檢，也就是監察電路完整性和自己是否存在故障，此處VCU要特別注意是否有高壓互鎖（HVIL）故障，這是對于新能源汽車非常重要的裝置，只有沒有高壓互鎖故障情況下，才能證明高壓接插件被插好了，車輛才能安全上高壓。

第三步 預充：這時候VCU可以命令BMS和MCU進行預充，具體的過程只有BMS控制的主負和預充繼電器閉合，MCU其實那邊是被動接受的，逆變器的電容逐漸被充電，充到一定閾值時，VCU要進行下一步處理了。（原理圖見上面第一張紅色的圖）

第四步 高壓準備：上完高壓后，這時候BMS就是控制主正和主負閉合，預充繼電器斷開，這時候BMS已經進行入了正常工作模式了。但是這時候VCU會讓MCU處于待機狀態，VCU要進行整車合理性的檢查，比如確保不在D檔，沒有車速，是否插了充電搶等等，假設這些都是OK的，你踩油門也沒法走，通常你要點一下剎車才可以的，這些都是VCU為了保護車輛做的一些措施。

第五步 扭矩模式：在上述步驟都完成后，VCU命令MCU進入扭矩模式，這時候你踩下油門，VCU會根據踏板開度和車速計算一個你的請求扭矩，把這個扭矩發送給MCU，MCU根據矢量調制算法發波，然后電機就可以旋轉起來啦！

同樣的，我們也必須明確一點，下電的觸發動作就是駕駛員關閉點火開關，也就是KL15變為OFF。駕駛員，才是上下電的萬物之源，也許這和我們的生命的意義一樣，系統本身的意義，是在系統之外的。

而下電的目的，其實就是為了把高壓和低壓都關閉掉，這樣可以節約能源。

第一步 下電判斷：首先接到下電命令后，VCU要把扭矩降為0，即使踩油門，車也不能加速了。然后呢，還有等車速比較低的時候才能繼續走下去，為什么呢，因為汽車這種東西，在路上會發生各種不確定的變換，我們專業術語叫“change of mind”，如果車速較高，用戶需要突然再上電，那么已經把高壓卸了的車就比較危險了，因此要等一等車速降下來。

第二步 關閉用電器：這時候VCU要把PTC加熱器、DCDC變壓器、空調壓縮機都關閉，然后命令MCU進入待機模式。

第三步 高壓下電：然后讓BMS進入下電模式，這時候BMS會把主正和主負繼電器都斷開，之后呢MCU就可以進入放電模式，控制主動放電電路把逆變器電容的電荷通過電阻消耗掉，變成熱能，但是這時候MCU要注意，如果長時間放不掉，說明BMS繼電器發生了黏連，這時候MCU可用會使用一些間歇性放電的措施來進行放電。

第四步 低壓下電：這時候VCU判斷MCU的電容電壓已經下降到某一個值，就會發送低壓下電的命令給MCU和BMS，MCU和BMS要在這段時間內進行電壓下電操作，主要就是要進行一些數據的保存，寫入NVRAM。

歡迎加入新能源汽車產業交流群??

關注公眾號后臺回復關鍵詞“社群”

即可獲取入群方式