电动汽车核心控制器发展现状及趋势分析
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摘 要：通过对电动汽车整车控制器、电机控制器及电池管理系统三大核心控制器进行简要介绍，阐述了目前国内外电动汽车核心控制器的发展现状，并对其发展趋势进行相关分析。
关键词：电动汽车；控制器；现状；趋势
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.006
大力发展新能源汽车、加快交通能源转型是实现汽车工业可持续发展的重要途径。如今，中国已经成为全球最大的新能源汽车市场，我国新能源车企如何乘着政策东风在市场上站稳脚跟是决定我国汽车行业成败的关键。其中，在电动汽车核心控制器技术领域实现重大突破是重要环节。
1 电动汽车核心控制器发展现状
（1）整车控制器。整车控制器（Vehicle Control Unit，简称VCU）是实现整车控制决策的核心控制单元，对电动汽车的动力性、经济性、安全性及舒适性有很大影响。VCU通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判断当前需要的整车工作模式（充电模式或行驶模式），采取闭环控制从而计算出当前车辆所需的实际转矩[1]；负责整车网络中信息的组织与传输、网络状态的监控、网络节点的管理、信息优先权的动态分配以及网络故障的诊断与处理；对制动能量回馈进行控制。
目前整车控制器技术在国外已趋于成熟，各汽车电子零部件巨头如博世、法雷奥都纷纷进行整车控制器研发和生产。部分汽车设计公司，如AVL、RICARDO，也为整车厂商提供整车控制技术方案，在电动汽车整车控制器领域也有不少成功案例。国产厂商大多已具备自主研发生产整车控制器并进行整车控制系统设计的能力，如比亚迪、北汽等企业均为自己配套。
（2）电机控制器。电机控制器（Motor Control Unit，简称MCU），MCU是控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置。主要作用是控制驱动电机三相输入交流电的电压、电流、相序及频率来调校整车各项性能，完成对电动机转矩、转速、转向及能量回收的控制，保障车辆的基本安全及精准操控。
我国驱动电机已基本实现国产化，但电机控制器在功率密度、芯片集成设计、热管理设计等方面與国外差距较大。我国电力电子技术起步相对较晚，部分电机电控核心组件如IGBT芯片仍不具备完全自主生产能力，这使得国内电机控制器的功率密度水平和国外量产产品存在较大差距。以IGBT模块为例，作为新能源汽车驱动系统和直流充电桩的核心器件，其成本占新能源整车成本的10%，占充电桩成本的20%。中国作为世界上最大的功率半导体市场，占世界市场份额达50%以上，但中高端IGBT功率半导体主流器件，基本被欧美与日本等国外厂商垄断，如英飞凌、三菱、日立、东芝等。
（3）电池管理系统。电池管理系统（Battery Management System，简称BMS），是衔接电池组、整车控制器和驱动电机控制器的重要纽带，是动力电池组的核心技术，也是整车企业最为关注的核心技术。电池管理系统的主要任务是监测动力电池组的单体电压、温度、总电压和总电流的状态，与整车进行数据通讯，预测电池的荷电状态，管控电池循环寿命，进行电池热管理及电芯均衡管理，对电池出现的故障进行诊断和报警，延长其使用寿命等功能[2]。
国外比较早就开始研究电动汽车，且研究初期就比较重视BMS的研究。经过政府和各大企业几十年的努力，来自美、日、韩、德的诸多汽车行业巨头，如SK、DENSO、LG Chem等，已经占据电池管理系统领域的半壁江山。我国开始研究BMS起步较晚，在市场占有率上落后于国外产品。但在政府的大力支持、高校的努力推动下和企业的积极进取下，一大批像比亚迪、宁德时代、派司德科等优质企业已经在全球崭露头角。
2 电动汽车核心控制器发展趋势
（1）整车控制器。随着电动汽车市场逐渐繁荣与成熟，新能源汽车供应链企业之间加强协作是未来的发展方向。整车控制器企业将与动力电池、电机、整车厂商等企业协同发展，在动力电池、驱动系统和整车之间寻求最佳方案。具备电动汽车整车控制技术的企业将逐渐发展成为方案提供商，专门进行软件层面的系统设计以及整车性能试验调试等。而硬件部分将逐渐趋于专业化，由专门的汽车电子企业研发生产。
（2）电机控制器。电机控制器作为驱动电机系统的核心部件，其发展趋势主要集中在以下四个方面：一是高度集成化带来的安全性能提升。目前，电机控制器、车载充电机、DC/DC、电动空调系统等高压部件已经实现集成化，其高压安全、温度控制、电磁兼容等性能将更加严格；二是高功率密度化。依据各类车辆对动力性能的要求及车辆总布置的空间需要，提高电机控制器对电能的可承载能力、体积随分装向小型化发展是实现电机控制器高功率密度的重要途径；三是高压化。IGBT的耐压能力也将由650V往更高的750V乃至1200V发展；四是电磁兼容性能提升，EMC等级将会达到更高的Class5水平。
（3）电池管理系统。目前，国内在BMS性能方面和国外顶尖水平相比，还存在不小差距，仍然是我国电动汽车发展的一块短板。其发展趋势主要有四大方面：一是电池状态估算技术的提升。利用建立更加可靠的电池模型、电池测试大数据等分析手段，补偿电池老化而导致的模型变化，优化充、放电控制算法，进一步提高SOC、SOH等技术精度；二是电芯均衡管理向非能量耗散型转化，提高能量的利用率；三是动力电池热管理由风冷技术向具有换热系数高、热容量大、冷却速度快的液冷技术发展；四是进一步升级BMS自诊断技术，提前预防BMS系统失效。
3 结束语
伴随着新能源汽车的进一步推广，新能源汽车产业也将迎来更大的发展契机。在展望新能源汽车快速发展的同时，也必须清楚地看到当前仍然还面临着的诸多重大挑战。我国新能源汽车企业要正确把握电动汽车三大核心控制器的发展方向，加大对技术创新和新产品研发的投入，以领先的技术、良好的品质引领新能源汽车行业发展潮流，为我国新能源汽车产业的快速发展提供可靠的保障。
参考文献：
[1]纯电动汽车关键技术[J].变频器世界，2018（06）：43-46.
[2]何忠霖，彭忆强，丁宗恒.纯电动汽车锂离子电池管理系统关键技术现状分析[J].汽车零部件，2019（01）：71-76.
项目来源：湖北省十堰市2018年软科学项目“‘双积分’背景下基于知识产权保护的十堰市新能源汽车产业发展对策研究”（2018年18号）。
作者简介：江鹏飞（1989-），男，湖北十堰人，车辆工程硕士，助教，主要从事新能源汽车技术及政策研究。
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