電動汽車核心控制器現狀及趨勢

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摘要：通過對電動汽車整車控制器、電機控制器及電池管理系統三大核心控制器進行簡要介紹，闡述了目前國內外電動汽車核心控制器的發展現狀，并對其發展趨勢進行相關分析。

關鍵詞：電動汽車；控制器；現狀；趨勢

大力發展新能源汽車、加快交通能源轉型是實現汽車工業可持續發展的重要途徑。如今，中國已經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在市場上站穩腳跟是決定我國汽車行業成敗的關鍵。其中，在電動汽車核心控制器技術領域實現重大突破是重要環節。

1電動汽車核心控制器發展現狀

（1）整車控制器。整車控制器（VehicleControlUnit，簡稱VCU）是實現整車控制決策的核心控制單元，對電動汽車的動力性、經濟性、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前需要的整車工作模式（充電模式或行駛模式），采取閉環控制從而計算出當前車輛所需的實際轉矩[1]；負責整車網絡中信息的組織與傳輸、網絡狀態的監控、網絡節點的管理、信息優先權的動態分配以及網絡故障的診斷與處理；對制動能量回饋進行控制。目前整車控制器技術在國外已趨于成熟，各汽車電子零部件巨頭如博世、法雷奧都紛紛進行整車控制器研發和生產。部分汽車設計公司，如AVL、RICARDO，也為整車廠商提供整車控制技術方案，在電動汽車整車控制器領域也有不少成功案例。國產廠商大多已具備自主研發生產整車控制器并進行整車控制系統設計的能力，如比亞迪、北汽等企業均為自己配套。（2）電機控制器。電機控制器（MotorControlUnit，簡稱MCU），MCU是控制主牽引電源與電機之間能量傳輸的裝置。主要作用是控制驅動電機三相輸入交流電的電壓、電流、相序及頻率來調校整車各項性能，完成對電動機轉矩、轉速、轉向及能量回收的控制，保障車輛的基本安全及精準操控。我國驅動電機已基本實現國產化，但電機控制器在功率密度、芯片集成設計、熱管理設計等方面與國外差距較大。我國電力電子技術起步相對較晚，部分電機電控核心組件如IGBT芯片仍不具備完全自主生產能力，這使得國內電機控制器的功率密度水平和國外量產產品存在較大差距。以IGBT模塊為例，作為新能源汽車驅動系統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體市場，占世界市場份額達50%以上，但中高端IGBT功率半導體主流器件，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。電池管理系統（BatteryManagementSystem，簡稱BMS），是銜接電池組、整車控制器和驅動電機控制器的重要紐帶，是動力電池組的核心技術，也是整車企業最為關注的核心技術。電池管理系統的主要任務是監測動力電池組的單體電壓、溫度、總電壓和總電流的狀態，與整車進行數據通訊，預測電池的荷電狀態，管控電池循環壽命，進行電池熱管理及電芯均衡管理，對電池出現的故障進行診斷和報警，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。經過政府和各大企業幾十年的努力，來自美、日、韓、德的諸多汽車行業巨頭，如SK、DENSO、LGChem等，已經占據電池管理系統領域的半壁江山。我國開始研究BMS起步較晚，在市場占有率上落后于國外產品。但在政府的大力支持、高校的努力推動下和企業的積極進取下，一大批像比亞迪、寧德時代、派司德科等優質企業已經在全球嶄露頭角。

2電動汽車核心控制器發展趨勢

（1）整車控制器。隨著電動汽車市場逐漸繁榮與成熟，新能源汽車供應鏈企業之間加強協作是未來的發展方向。整車控制器企業將與動力電池、電機、整車廠商等企業協同發展，在動力電池、驅動系統和整車之間尋求最佳方案。具備電動汽車整車控制技術的企業將逐漸發展成為方案提供商，專門進行軟件層面的系統設計以及整車性能試驗調試等。而硬件部分將逐漸趨于專業化，由專門的汽車電子企業研發生產。（2）電機控制器。電機控制器作為驅動電機系統的核心部件，其發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，電機控制器、車載充電機、DC/DC、電動空調系統等高壓部件已經實現集成化，其高壓安全、溫度控制、電磁兼容等性能將更加嚴格；二是高功率密度化。依據各類車輛對動力性能的要求及車輛總布置的空間需要，提高電機控制器對電能的可承載能力、體積隨分裝向小型化發展是實現電機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發展；四是電磁兼容性能提升，EMC等級將會達到更高的Class5水平。（3）電池管理系統。目前，國內在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展的一塊短板。其發展趨勢主要有四大方面：一是電池狀態估算技術的提升。利用建立更加可靠的電池模型、電池測試大數據等分析手段，補償電池老化而導致的模型變化，優化充、放電控制算法，進一步提高SOC、SOH等技術精度；二是電芯均衡管理向非能量耗散型轉化，提高能量的利用率；三是動力電池熱管理由風冷技術向具有換熱系數高、熱容量大、冷卻速度快的液冷技術發展；四是進一步升級BMS自診斷技術，提前預防BMS系統失效。

3結束語

伴隨著新能源汽車的進一步推廣，新能源汽車產業也將迎來更大的發展契機。在展望新能源汽車快速發展的同時，也必須清楚地看到當前仍然還面臨著的諸多重大挑戰。我國新能源汽車企業要正確把握電動汽車三大核心控制器的發展方向，加大對技術創新和新產品研發的投入，以領先的技術、良好的品質引領新能源汽車行業發展潮流，為我國新能源汽車產業的快速發展提供可靠的保障。

參考文獻：

[1]純電動汽車關鍵技術[J].變頻器世界,2018(06):43-46.

[2]何忠霖,彭憶強,丁宗恒.純電動汽車鋰離子電池管理系統關鍵技術現狀分析[J].汽車零部件,2019(01):71-76.

作者:江鵬飛 單位:湖北工業職業技術學院