科普：VCU、BMS、MCU通用功能和技术点解析

21ic电子网 2021-01-27 00:00

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这应该是第一次在21ic上写一些技术类的帖子。在二姨家的这么多年中，经常能看到很多大牛分享一些自己的技术贴，相当一部分写的不错。反观自己工作也4年多了，一直从事电子技术相关的工作，自己也在慢慢的成长，也想分享一些自己的东西出去，算是一种回馈吧。

这是一个技术科普贴，所以尽可能说的通俗点。

@21小跑堂 @21小跑堂 @21小跑堂一点点手敲，不复制网上的长篇大论。帮忙瞅瞅看能不能给你有个直观的认知。

言归正传，本文浅谈纯电动汽车中的大三电。即整车控制器（VCU），电池管理系统（BMS）和电机控制器（MCU）的通用的功能和技术点。本文分四个要点阐述。

1. 大三电？小三电？

2. VCU技术要点

3. BMS技术要点

4. MCU技术要点。

1. 大三电？小三电？

纯电动车中的大三电一般指的是动力系统部分的控制器。纯电动车的动力来源于动力电池，通俗点说，控制系统如下图所示：

即将动力电池中的电，用来驱动图中的驱动电机。当然，为了延长续航里程，需要尽可能将电池中的电传输给电机，提升效率。

尽管直流电机是可以直接使用直流电控制，但相比于交流电机，直流电机输出效率比较低，而且因为有机械摩擦的问题，可靠性和稳定性都不如交流电机。所以一般驱动电机都选用交流电机。这就需要直流转交流的控制器，即图中的MCU（motor controlunit，电机控制单元）。它的作用就是接收加速减速急停等命令以后，控制电机，从而稳定和及时的响应。这就是MCU最主要的工作职责。

顾名思义，BMS（batterymanagement unit，电池管理单元）的作用就是管理电池的能量。包括电池的充电和放电，以及紧急状态下的断电操作。围绕着电池状态需要通过复杂的电路和算法，准确计算电池中的能量是多少，告诉驾驶员车还能跑多远，以及电池健康状况（有多少的损耗，是否需要更换）等。同时，在紧急状态（撞车，热失控等）下，一定要将动力电及时断开，避免造成更严重的影响。

而VCU（VehicleControl Unit，整车控制器），其主要职责是，处理各种有其他控制器和传感器发过来的信号，根据当前车的状况去做出相应的判断。举个例子，油门踏板加速信号，刹车信号等都是将原始信号告诉它，它来知道是要多快的加速还是要多快的减速。可以说他是动力系统的大脑，因而也非常重要。

上文就是大三电的简单介绍，这三个单元是直接控制动力的，故称为大三电。

简单介绍一下小三电：DC/DC转换器，车载充电机（OBC）和高压配电盒，obc的主要功能就是将220V的电充电池中，DC/DC转换器和高压配电盒（PDU），都是将电能进行有效合理的分配的用途，这些是比较重要的部分，称之为小三电。

2. VCU技术要点

作为整车控制器，VCU主要就是接受从整车其他地方传过来的信号，经过逻辑处理以后，做出一些驱动信号的执行，以及与其他电子控制器的通信。

其承担的角色决定了它有如下特点：

（1）模拟量和数字量的准确采集，考虑到很多信号来自于各种不同的电子控制单元，数量非常多，各自的电气属性也不一致。电路设计时需要逐一分析。

（2）驱动信号的正确产生。一般说来，VCU的驱动信号电流都不会很大，也就安培级别的。电路设计时需要考虑不同负载的工况。

（3）通信。汽车电子中的对外传输，考虑到线束较长和稳定通信，常采用CAN，LIN，SENT通信方式。不同通信之间有区别，即使是同一种通信（例如CAN通信），设计时也需要关注其技术需求。

（4）诊断。这是VCU非常重要的一环。它要能判断输入的信号有没有问题，能知道自己发出的驱动信号有没有问题。最关键的，不仅要保证正常通信时报文能准确有效的发送和接收，而且遇到特殊情况不能乱对外发送通信报文。

（5）现在的电动车卖的不是很好，一个最直接的原因就是成本比较高。所以现在每个控制器的成本要求都比较严苛，VCU更是如此，可以看到这个基本都是弱电信号。对它的成本要求非常高。这也是考验硬件工程师技术能力很重要的一环。

3. BMS技术要点

BMS主要是负责动力电池管理。这样解释比较难懂，通俗点说估计就明白了。

如今纯电动车容易被人关注的两个点，这两点都和BMS强相关。

（1）电动车能否准确计算剩余电量能跑多远。电动车不像燃油车，加油就能跑，纯电动车一旦没电就趴窝了，一点办法都没有，这个准确性一直是老百姓关注的，这电量的负责者就是BMS。

（2）电动车的电池热失控起火问题。这个自然主要是电池相关的问题，BMS如何尽可能的提前预警和预防热失控，很关键。

当然，BMS功能远不止这些，还有如下：

（1）电池的充电和放电管理，要准确和充电进行数据交互，管理电池的充电与放电，避免过充和过放，这些都是大大影响电池寿命的。

（2）电池的电量，健康情况等的处理，这是BMS最核心的业务。其算法非常多，网上也有大段的材料介绍这个，这里就不多提及了

（3）紧急状况下的处理。这里紧急情况就比较多了，比如电机控制器失控了，这时候BMS就要将动力电掐断。

作为能量管理单元，软件算法自然最关键，但为了准确的计算剩余电量等信息，BMS会要求其硬件的高精度，稳定性和一致性，以提升估算的精度。

4. MCU技术要点

它是电机控制器，即动力输出。通俗点说，就是你要加速他让电机转得快一些，要刹车他能让电机转的慢一点。

所以，他有如下特点：

（1）响应快，这个很容易理解，但其实不好做，因为工况比较复杂。举一个简单的例子就能感觉到。同样是加速，有的发生在平地，有的发生在上坡，有的发生在下坡。平地和上坡都还好，因为是克服阻力。但是发生在下坡时就比较尴尬了，因为有个重力分量，不仅有控制器给电机施加力量，也有地球妈妈在拉着它。有时候坡度较大，如果控制不好，会有比较强的顿挫感，这在驾驶时就比较吓人了。所以电机控制器的算法是比较难的，要平稳，低调才行。

（2）稳定可靠。这个也好理解，但是做起来也很头疼，因为这里都是大功率，电流电压什么的很容易来一个尖峰之类的，还有发热对器件的影响，这些都需要认真考虑。要保证MCU稳定运行。

（3）紧急情况。这个分几种，一种是车辆遇到紧急情况，电机做出及时的响应，这里因为是动力，响应一定要及时；第二种就是内部故障，比如某个大功率器件出现了问题，这个MCU本身就是工作不正常了，也要及时作出响应。

（4）架构和成本。为了降本，电机控制器需要做一些简化，这就要从整车角度去考虑了，有时候会将电机和MCU做成一体的，这样可以有效节省空间和降低成本，同时在硬件设计和软件设计时要坐下来一块讨论讨论整体架构，才能最初最合适的设计出来。

总结

上述就是大三电的基本介绍，为了实现科普效果，尽可能不用专业术语，希望能达到读着能看懂并有个直观认知。系能源车（混合动力，纯电动）是我们想在汽车工业领域实现弯道超车的重要策略，也希望更多的小伙伴愿意加入我们，脚踏实地为中国汽车电子贡献自己一份小小的力量，

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