在新能源汽车整个系统架构中，整车控制器（VCU）、电机控制器（MCU）和电池管理系统（BMS）是最重要的核心技术，对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。那么这三个控制单元分别由哪些模块组成？都能实现哪些功能？本文主要围绕这个话题来进行分析。

1. 整车控制器

整车控制器是汽车的核心控制单元，相当于汽车的大脑，控制各单元互相配合、协调工作。它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其它部件信号，并做出相应判断后，控制各单元动作，驱动汽车正常行驶。如下图所示是VCU的结构组成，包括外壳、硬件电路、底层软件和应用层软件。

VCU在软硬件的配合下主要实现以下功能：

（1） 汽车驱动控制

采集传感器信号，判断司机驾驶意图，监测车辆状态（车速、温度等），向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令，满足驾驶工况要求，包括车辆加速、减速、恒速、制动及后退等。

（2） 制动能量回馈控制

根据制动踏板和加速踏板状态、车辆行驶状态、动力电池状态等，判断车辆制动模式，计算制动力矩分配，回收部分能量。

（3） 整车能量优化

通过对电机驱动系统、电池管理系统、传动系统及其它车载附件的控制和管理，获得最佳的能量利用率，延长车辆续航里程。

（4） 故障诊断和保护

对车辆进行故障诊断，采用声光等措施进行报警，并根据故障等级采取相应的安全保护措施及故障码存储等。

（5） 网络管理

通过总线传递信息、网络状态监控、网络节点管理等。

（6） 车辆状态监控

各控制单元将部件状态信息和故障诊断信息发送到总线上，由整车控制器通过数字仪表进行显示。

2. 电池管理系统（BMS）

电池管理系统是动力电池的核心部分，负责对电池进行监控和管理。通过对电池电流、电压、温度以及电池状态（SOC、SOP、SOH等）参数的采集和计算，制定合理的电池充放电策略，在实现电池最大效率利用的同时有效保护电池，延长电池使用寿命。

如下图所示为电池包的结构组成，主要包括电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和BMS。

BMS功能如下：

（1）热管理

动力电池对工作环境温度的要求比较苛刻，过高或过低的温度都会对电池造成损害。BMS实时监测动力电池的温度，并通过加热或冷却系统调节电池周围环境温度，使其保持在合适的范围。

（2）电芯均衡管理

电池在生产过程中，由于加工工艺和材料均匀性等问题，成品的参数如内阻、开路电压、容量等存在不一致性，而且这些不一致会随着充放电次数而逐渐增大，如果不控制的话，会缩短电池使用寿命。BMS的均衡管理功能，就是实时监测电芯各参数并计算其SOC，通过外部电路使各电芯SOC参数保持在一定的误差范围内。电芯的均衡管理分为被动均衡和主动均衡。

（3）充电管理

充电分为快充和慢充，充电管理主要是BMS和慢充桩及快充桩进行交互，计算充电电流，制定充电策略。充电交互逻辑在国标GB/T 27930-2015中给出了清楚的定义，BMS要按照国标中的规定实现整个充电过程。

（4）电池参数估算

动力电池的性能与其参数密切相关，通过分析各参数就能确定该电池性能的优劣，也是对动力电池能量进行管理的基础。这些参数包括电池电压、内阻、容量、充放电倍率、荷电状态、比能量、循环寿命等。

（5）故障诊断

针对电池状态，区分不同的故障等级，并且在不同故障等级情况下BMS和整车控制器采取不同的处理措施，警告、限制功率或直接切断高压，并以声音或光的方式通知驾乘人员。

3. 电机管理系统

电机管理系统（MCU）是电动汽车特有的核心功率电子单元，通过接受整车控制器的指令，控制电动机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。如下图所示为MCU系统的组成。

MCU主要实现以下功能：

（1） 实现把动力电池的直流电转换为电机驱动所需的交流电，并驱动电机转动输出机械能。

（2） 具有过流保护、过载保护、欠压保护、过压保护、缺相保护等功能。

（3） 电机管理系统具备故障诊断、保护和存储等功能，能根据故障危害程度进行故障报警、停机等方式分级处理，确保产品及整车使用安全。

（4） 实现CAN通讯功能，与其它控制单元进行交互，并具备CAN唤醒和休眠功能。

（5） 主动放电功能。整车停止运行且电池与电机控制器断开以后，应能够将母线电容上的电荷主动释放，使母线电压降低至人体安全电压。

总结

以上介绍了电动汽车三大核心控制单元整车控制器、电池管理系统和电机管理系统的结构组成和功能，它们的性能直接决定了整车的操控稳定性、动力性、可靠性、安全性以及续航里程，所以掌握这三大核心单元的硬件和软件设计技术是设计一款性能优秀的电动汽车的基础，也是所有电动汽车主机厂努力的方向。