電動汽車核心控制器發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析

摘 要：通過對電動汽車整車控制器、電機(jī)控制器及電池管理系統(tǒng)三大核心控制器進(jìn)行簡要介紹，闡述了目前國內(nèi)外電動汽車核心控制器的發(fā)展現(xiàn)狀，并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行相關(guān)分析。

關(guān)鍵詞：電動汽車；控制器；現(xiàn)狀；趨勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.006

大力發(fā)展新能源汽車、加快交通能源轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。如今，中國已經(jīng)成為全球最大的新能源汽車市場，我國新能源車企如何乘著政策東風(fēng)在市場上站穩(wěn)腳跟是決定我國汽車行業(yè)成敗的關(guān)鍵。其中，在電動汽車核心控制器技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破是重要環(huán)節(jié)。

1 電動汽車核心控制器發(fā)展現(xiàn)狀

（1）整車控制器。整車控制器（Vehicle Control Unit，簡稱VCU）是實(shí)現(xiàn)整車控制決策的核心控制單元，對電動汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性及舒適性有很大影響。VCU通過采集油門踏板、擋位、剎車踏板等信號來判斷當(dāng)前需要的整車工作模式（充電模式或行駛模式），采取閉環(huán)控制從而計(jì)算出當(dāng)前車輛所需的實(shí)際轉(zhuǎn)矩[1]；負(fù)責(zé)整車網(wǎng)絡(luò)中信息的組織與傳輸、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的管理、信息優(yōu)先權(quán)的動態(tài)分配以及網(wǎng)絡(luò)故障的診斷與處理；對制動能量回饋進(jìn)行控制。

目前整車控制器技術(shù)在國外已趨于成熟，各汽車電子零部件巨頭如博世、法雷奧都紛紛進(jìn)行整車控制器研發(fā)和生產(chǎn)。部分汽車設(shè)計(jì)公司，如AVL、RICARDO，也為整車廠商提供整車控制技術(shù)方案，在電動汽車整車控制器領(lǐng)域也有不少成功案例。國產(chǎn)廠商大多已具備自主研發(fā)生產(chǎn)整車控制器并進(jìn)行整車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力，如比亞迪、北汽等企業(yè)均為自己配套。

（2）電機(jī)控制器。電機(jī)控制器（Motor Control Unit，簡稱MCU），MCU是控制主牽引電源與電機(jī)之間能量傳輸?shù)难b置。主要作用是控制驅(qū)動電機(jī)三相輸入交流電的電壓、電流、相序及頻率來調(diào)校整車各項(xiàng)性能，完成對電動機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向及能量回收的控制，保障車輛的基本安全及精準(zhǔn)操控。

我國驅(qū)動電機(jī)已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，但電機(jī)控制器在功率密度、芯片集成設(shè)計(jì)、熱管理設(shè)計(jì)等方面與國外差距較大。我國電力電子技術(shù)起步相對較晚，部分電機(jī)電控核心組件如IGBT芯片仍不具備完全自主生產(chǎn)能力，這使得國內(nèi)電機(jī)控制器的功率密度水平和國外量產(chǎn)產(chǎn)品存在較大差距。以IGBT模塊為例，作為新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)和直流充電樁的核心器件，其成本占新能源整車成本的10%，占充電樁成本的20%。中國作為世界上最大的功率半導(dǎo)體市場，占世界市場份額達(dá)50%以上，但中高端IGBT功率半導(dǎo)體主流器件，基本被歐美與日本等國外廠商壟斷，如英飛凌、三菱、日立、東芝等。

（3）電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，簡稱BMS），是銜接電池組、整車控制器和驅(qū)動電機(jī)控制器的重要紐帶，是動力電池組的核心技術(shù)，也是整車企業(yè)最為關(guān)注的核心技術(shù)。電池管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測動力電池組的單體電壓、溫度、總電壓和總電流的狀態(tài)，與整車進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，預(yù)測電池的荷電狀態(tài)，管控電池循環(huán)壽命，進(jìn)行電池?zé)峁芾砑半娦揪夤芾?，對電池出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷和報警，延長其使用壽命等功能[2]。

國外比較早就開始研究電動汽車，且研究初期就比較重視BMS的研究。經(jīng)過政府和各大企業(yè)幾十年的努力，來自美、日、韓、德的諸多汽車行業(yè)巨頭，如SK、DENSO、LG Chem等，已經(jīng)占據(jù)電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域的半壁江山。我國開始研究BMS起步較晚，在市場占有率上落后于國外產(chǎn)品。但在政府的大力支持、高校的努力推動下和企業(yè)的積極進(jìn)取下，一大批像比亞迪、寧德時代、派司德科等優(yōu)質(zhì)企業(yè)已經(jīng)在全球嶄露頭角。

2 電動汽車核心控制器發(fā)展趨勢

（1）整車控制器。隨著電動汽車市場逐漸繁榮與成熟，新能源汽車供應(yīng)鏈企業(yè)之間加強(qiáng)協(xié)作是未來的發(fā)展方向。整車控制器企業(yè)將與動力電池、電機(jī)、整車廠商等企業(yè)協(xié)同發(fā)展，在動力電池、驅(qū)動系統(tǒng)和整車之間尋求最佳方案。具備電動汽車整車控制技術(shù)的企業(yè)將逐漸發(fā)展成為方案提供商，專門進(jìn)行軟件層面的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及整車性能試驗(yàn)調(diào)試等。而硬件部分將逐漸趨于專業(yè)化，由專門的汽車電子企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)。

（2）電機(jī)控制器。電機(jī)控制器作為驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的核心部件，其發(fā)展趨勢主要集中在以下四個方面：一是高度集成化帶來的安全性能提升。目前，電機(jī)控制器、車載充電機(jī)、DC/DC、電動空調(diào)系統(tǒng)等高壓部件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)集成化，其高壓安全、溫度控制、電磁兼容等性能將更加嚴(yán)格；二是高功率密度化。依據(jù)各類車輛對動力性能的要求及車輛總布置的空間需要，提高電機(jī)控制器對電能的可承載能力、體積隨分裝向小型化發(fā)展是實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制器高功率密度的重要途徑；三是高壓化。IGBT的耐壓能力也將由650V往更高的750V乃至1200V發(fā)展；四是電磁兼容性能提升，EMC等級將會達(dá)到更高的Class5水平。

（3）電池管理系統(tǒng)。目前，國內(nèi)在BMS性能方面和國外頂尖水平相比，還存在不小差距，仍然是我國電動汽車發(fā)展的一塊短板。其發(fā)展趨勢主要有四大方面：一是電池狀態(tài)估算技術(shù)的提升。利用建立更加可靠的電池模型、電池測試大數(shù)據(jù)等分析手段，補(bǔ)償電池老化而導(dǎo)致的模型變化，優(yōu)化充、放電控制算法，進(jìn)一步提高SOC、SOH等技術(shù)精度；二是電芯均衡管理向非能量耗散型轉(zhuǎn)化，提高能量的利用率；三是動力電池?zé)峁芾碛娠L(fēng)冷技術(shù)向具有換熱系數(shù)高、熱容量大、冷卻速度快的液冷技術(shù)發(fā)展；四是進(jìn)一步升級BMS自診斷技術(shù)，提前預(yù)防BMS系統(tǒng)失效。

3 結(jié)束語

伴隨著新能源汽車的進(jìn)一步推廣，新能源汽車產(chǎn)業(yè)也將迎來更大的發(fā)展契機(jī)。在展望新能源汽車快速發(fā)展的同時，也必須清楚地看到當(dāng)前仍然還面臨著的諸多重大挑戰(zhàn)。我國新能源汽車企業(yè)要正確把握電動汽車三大核心控制器的發(fā)展方向，加大對技術(shù)創(chuàng)新和新產(chǎn)品研發(fā)的投入，以領(lǐng)先的技術(shù)、良好的品質(zhì)引領(lǐng)新能源汽車行業(yè)發(fā)展潮流，為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供可靠的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]純電動汽車關(guān)鍵技術(shù)[J].變頻器世界，2018（06）：43-46.

[2]何忠霖，彭憶強(qiáng)，丁宗恒.純電動汽車鋰離子電池管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀分析[J].汽車零部件，2019（01）：71-76.

項(xiàng)目來源：湖北省十堰市2018年軟科學(xué)項(xiàng)目“‘雙積分背景下基于知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的十堰市新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策研究”（2018年18號）。

作者簡介：江鵬飛（1989-），男，湖北十堰人，車輛工程碩士，助教，主要從事新能源汽車技術(shù)及政策研究。