一篇文章看懂新能源汽车关键技术及其当前水平

2014年，国内新能源汽车产销突破8万辆，发展态势喜人。为了让新能源爱好者和初级研发人员更好地了解新能源汽车的核心技术，作者结合研发过程中的经验，对新能源汽车分类、模块规划、电控技术和充电设施进行了分析。

1新能源汽车分类

在新能源汽车的分类中，“弱混合、强混合”和“串并联”的不同分类方法让非专业人士感到困惑。事实上，这些名字是从不同的角度解释的，并不矛盾。

1.1消费者视角

消费者的视角通常根据混合程度进行划分，可分为启停、弱混合、中混合、强混合、插电式和纯电动。节油效果和成本增加如表1所示。在表中，“-”表示该功能不可用或较弱，“+”越多表示效果越好。从表中可以看出，随着节油效果的提高，成本增加得更多。

表1

消费者视角分类

作用

启动和停止

弱混合

中环

强烈混合

给…接通

纯电动

典型车辆类型

奇瑞BSG

一般BAS

荣威750Hybrid

丰田普锐斯

通用电压

日产聆风

电功率比

<；5%

5-10%

10-20%

>；百分之三十

>；50%

100%

节油效果

<；5%

5-12%

15-25%

25-40%

>；50%

100%

启动/停止

+

+

+

+

+

-

再生制动

-

+

++

+++

+++

+++

发动机效率优化

-

+

++

++

+++

-

纯电容量

-

-

-

+

+++

+++

成本增加（万元）

0.2-0.5

1~2

3~4

4~6

6~8

>；

十二

1.2技术角度

图1技术角度分类

从简单到复杂，技术观点可以分为纯电动、串联混合动力、并联混合动力和串并联混合动力，如图1所示。其中P0表示BSG（带式起动发电机）系统，P1表示ISG（集成起动发电机），电机位于发动机和离合器之间，P2表示电机位于离合器和变速器输入端之间，P3表示电机位于变速器输出端或布置在后桥，P03表示P0和P3的组合。从统计数据中可以看出，各种结构在国内外乘用车或商用车中广泛使用，P2在欧洲相对流行，行星排结构在日美车中占主导地位，P03等组合结构在四轮驱动车中广泛应用，欧蓝德和标致3008均已实现量产。新能源汽车的选择应综合考虑结构的复杂性、节油效果和成本的增加。例如，通用汽车、克莱斯勒和宝马联合开发的三行星双模系统具有良好的节油效果，但由于其结构复杂、成本高，近十年的市场表现并不令人满意。

2新能源汽车模块规划

尽管新能源汽车的分类很复杂，但有许多共享模块。在开发过程中可以采用模块化方法，实现平台共享，提高开发速度。一般来说，整个新能源汽车可以分为三级模块系统。如图2所示，一级模块主要是指执行系统，包括充电设备、电气附件、储能系统、发动机、发电机、离合器、驱动电机和变速箱。二级模块分为两部分：执行系统和控制系统。执行部分包括地面充电器、充电设备的收集器和车载充电器、单体、储能系统的电箱和PACK、燃气发动机、汽油发动机和柴油发动机、发电机的永磁同步和交流异步、干式和湿式离合器、驱动电机的永磁同期和交流异步，变速箱、行星排和减速器的步进式自动变速器（包括AMT、AT和DCT等）。二次模块的控制系统包括BMS、ECU、GCU、CCU、MCU、TCU和VCU，分别代表电池管理系统、发动机电子控制单元、发电机控制器、离合器控制单元、电机控制器、变速器控制系统和车辆控制器。三级模块系统包括电池的功率型和能量型，永磁体和异步电机的水冷和风冷。控制系统的三级模块主要包括硬件、底层和应用层软件。

图2三级模块系统

根据功能和控制的相似性，三级模块系统的一些模块可以由三种平台架构组成：纯电动（包括扩展程序）、插电式并联混合动力和插电式并行混合动力。例如，纯电动（包括扩展程序）由充电设备、电气附件、储能系统、驱动电机和变速箱组成。每个平台模块都具有很强的通用性。通过采用平台和模块的开发方法，可以共享核心组件资源，提高新能源系统的安全性和可靠性，缩短周期，降低研发和采购成本。

新能源三大核心技术

在三级模块系统和平台架构中，车辆控制器（VCU）、电机控制器（MCU）和电池管理系统（BMS）是最重要的核心技术，对车辆的功率、经济性、可靠性和安全性有着重要影响。

3.1伏

VCU是实现车辆控制决策的核心电子控制单元。通常只有新能源汽车才配备该装置，而传统燃油汽车则不需要该装置。VCU通过采集油门踏板、档位和制动踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图。VCU通过监测车辆状态（车速、温度等）信息，对信息进行判断和处理，然后向操作员发送车辆运行状态控制指令……

r系统和动力电池系统，并同时控制车载附件动力系统的工作模式；VCU具有整车系统的故障诊断、保护和存储功能。

图3显示了VCU的结构，包括外壳、硬件电路、底层软件和应用软件。硬件电路、底层软件和应用软件是VCU的关键核心技术。

图3 VCU组成

VCU的硬件设计有标准化的核心模块电路（32位主处理器、电源、存储器、CAN）和VCU专用电路（传感器采集等）。其中，标准化的内核模块电路可以移植到MCU和BMS，平台硬件将具有很好的可移植性和扩展性。随着汽车处理器技术的发展，VCU逐渐从16位处理器芯片过渡到32位处理器芯片，32位已成为行业主流产品。

底层软件基于AUTOSAR汽车软件的开放系统架构，实现了开发电子控制单元（ECU）通用平台的开发目标，并支持新能源汽车的不同控制系统。模块化软件组件以软件复用为目的，有效提高软件质量，缩短软件开发周期。

应用层软件按照V型开发流程，基于模型进行开发，有利于团队合作和平台扩展。快速原型开发工具和模型在环（MIL）工具用于验证软件模型，以加快开发速度。政策文件和软件模型由专门的版本工具进行管理，以增强可追溯性；驾驶员的扭矩分析、换挡规律、模式切换、扭矩分配和故障诊断策略是应用层的关键技术，对车辆的动力性、经济性和可靠性具有重要影响。

表2显示了全球主流VCU供应商的技术参数，代表了VCU的发展趋势。

表2 VCU技术参数

国外主流制造商1

国外主流制造商II

尺寸（mm）

185*127*65

220*170*45

建筑学

Freescale 32位（MPC5642），单核120MHz

+德尔福ASIL C

Freescale 32位（MPC5644），

单芯120Mhz

+Freescale 8位（S9S08DZ60）

软件体系结构

参考AutoSAR

非AutoSAR

通信方法

CAN、LIN、SPI、FlexRay

CAN、LIN、SPI

工作电压

10~16V（与24V系统不兼容）

9~16V（与24V系统不兼容）

功能安全

ISO26262 ASIL C可以通过扩展相关芯片来满足。

符合iso 26262 ASIL C。

3.2单片机

MCU是新能源汽车特有的核心动力电子单元。它通过接收来自VCU的车辆运行控制指令，控制电机输出指定的扭矩和速度，并驱动车辆运行。动力电池的直流能量被转换成所需的高压交流电，并驱动电机本体输出机械能。同时，单片机具有对电机系统进行故障诊断、保护和存储的功能。

单片机由外壳和冷却系统、电力电子单元、控制电路、底层软件和控制算法软件组成。具体结构如图4所示。

图4 MCU组成

MCU的硬件电路采用模块化和平台化设计理念（核心模块与VCU在同一平台上），电源驱动部分采用多重诊断保护功能电路设计，电源回路部分采用汽车IGBT模块并联技术、定制总线电容和集成母线设计；

结构部分采用高防护等级，一体化液冷设计。

与VCU类似，MCU的底层软件基于AUTOSAR开放系统架构，实现了开发ECU通用平台的开发目标，模块化软件组件旨在实现软件复用。

根据功能设计，应用层软件一般可分为四个模块：状态控制、矢量算法、需求转矩计算和诊断模块。其中，矢量算法模块分为MTPA控制和弱磁控制。

MCU的关键技术方案包括：基于32位高性能双核主处理器；汽车级并联IGBT技术，基于AutoSAR架构平台软件和先进的SVPWM PMSM控制算法，定制薄膜总线电容器和集成电源电路设计；高防护外壳，一体化水冷散热设计。

表3显示了全球主流MCU硬件供应商的技术参数，代表了MCU的发展趋势。

表3 MCU技术参数

国外主流制造商1

国外主流制造商II

尺寸（mm）

475*245*108

411*454*183

峰值功率

180千伏

320千伏

峰值输出电流

320个

450年

主处理器

TMS320F28335型

英飞凌科技

防护等级

第67页

第69页

通信方法

罐头

罐头

转矩和速度的响应时间、转矩和速度控制精度

满足车辆控制的要求。

满足车辆控制的要求。

3.3电池组和BMS

电池组是新能源汽车的核心能源，为整车提供驱动动力。它主要通过金属外壳构成电池组的主体。模块化结构设计实现了电池单元的集成，通过热管理设计和仿真优化了电池组的热管理性能，并通过电气部件和线束的控制系统实现了电池的安全保护和连接路径。通过BMS，实现了对电池的管理、与整车的通信和信息交换。

电池组的组成如图5所示，包括电池单元、模块、电气系统、热管理系统、盒子和BMS。BMS可以提高电池的利用率，防止电池的过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监测电池的状态。2014年，国内新能源汽车产销突破8万辆，发展态势喜人。为了让新能源爱好者和初级研发人员更好地了解新能源汽车的核心技术，作者结合研发过程中的经验，对新能源汽车分类、模块规划、电控技术和充电设施进行了分析。

1新能源汽车分类

在新能源汽车的分类中，“弱混合、强混合”和“串并联”的不同分类方法让非专业人士感到困惑。事实上，这些名字是从不同的角度解释的，并不矛盾。

1.1消费者视角

消费者的视角通常根据混合程度进行划分，可分为启停、弱混合、中混合、强混合、插电式和纯电动。节油效果和成本增加如表1所示。在表中，“-”表示该功能不可用或较弱，“+”越多表示效果越好。从表中可以看出，随着节油效果的提高，成本增加得更多。

表1

消费者视角分类

作用

启动和停止

弱混合

中环

强烈混合

给…接通

纯电动

典型车辆类型

奇瑞BSG

一般BAS

荣威750Hybrid

丰田普锐斯

通用电压

日产聆风

电功率比

<；5%

5-10%

10-20%

>；百分之三十

>；50%

100%

节油效果

<；5%

5-12%

15-25%

25-40%

>；

50%

100%

启动/停止

+

+

+

+

+

-

再生制动

-

+

++

+++

+++

+++

发动机效率优化

-

+

++

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纯电容量

-

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+

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成本增加（万元）

0.2-0.5

1~2

3~4

4~6

6~8

>；

十二

1.2技术角度

图1技术角度分类

从简单到复杂，技术观点可以分为纯电动、串联混合动力、并联混合动力和串并联混合动力，如图1所示。其中P0表示BSG（带式起动发电机）系统，P1表示ISG（集成起动发电机），电机位于发动机和离合器之间，P2表示电机位于离合器和变速器输入端之间，P3表示电机位于变速器输出端或布置在后桥，P03表示P0和P3的组合。从统计数据中可以看出，各种结构在国内外乘用车或商用车中广泛使用，P2在欧洲相对流行，行星排结构在日美车中占主导地位，P03等组合结构在四轮驱动车中广泛应用，欧蓝德和标致3008均已实现量产。新能源汽车的选择应综合考虑结构的复杂性、节油效果和成本的增加。例如，通用汽车、克莱斯勒和宝马联合开发的三行星双模系统具有良好的节油效果，但由于其结构复杂、成本高，近十年的市场表现并不令人满意。

2新能源汽车模块规划

尽管新能源汽车的分类很复杂，但有许多共享模块。在开发过程中可以采用模块化方法，实现平台共享，提高开发速度。一般来说，整个新能源汽车可以分为三级模块系统。如图2所示，一级模块主要是指执行系统，包括充电设备、电气附件、储能系统、发动机、发电机、离合器、驱动电机和变速箱。二级模块分为两部分：执行系统和控制系统。执行部分包括地面充电器、充电设备的收集器和车载充电器、单体、储能系统的电箱和PACK、燃气发动机、汽油发动机和柴油发动机、发电机的永磁同步和交流异步、干式和湿式离合器、驱动电机的永磁同期和交流异步，变速箱、行星排和减速器的步进式自动变速器（包括AMT、AT和DCT等）。二次模块的控制系统包括BMS、ECU、GCU、CCU、MCU、TCU和VCU，分别代表电池管理系统、发动机电子控制单元、发电机控制器、离合器控制单元、电机控制器、变速器控制系统和车辆控制器。三级模块系统包括电池的功率型和能量型，永磁体和异步电机的水冷和风冷。控制系统的三级模块主要包括硬件、底层和应用层软件。

图2三级模块系统

根据功能和控制的相似性，三级模块系统的一些模块可以由三种平台架构组成：纯电动（包括扩展程序）、插电式并联混合动力和插电式并行混合动力。例如，纯电动（包括扩展程序）由充电设备、电气附件、储能系统、驱动电机和变速箱组成。每个平台模块都具有很强的通用性。通过采用平台和模块的开发方法，可以共享核心组件资源，提高新能源系统的安全性和可靠性，缩短周期，降低研发和采购成本。

新能源三大核心技术

在三级模块系统和平台架构中，车辆控制器（VCU）、电机控制器（MCU）和电池管理系统（BMS）是最重要的核心技术，对车辆的功率、经济性、可靠性和安全性有着重要影响。

3.1伏

VCU是实现车辆控制决策的核心电子控制单元。通常只有新能源汽车才配备该装置，而传统燃油汽车则不需要该装置。VCU通过采集油门踏板、档位和制动踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图。VCU通过监测车辆状态（车速、温度等）信息，对信息进行判断和处理，然后向操作员发送车辆运行状态控制指令……

r系统和动力电池系统，并同时控制车载附件动力系统的工作模式；VCU具有整车系统的故障诊断、保护和存储功能。

图3显示了VCU的结构，包括外壳、硬件电路、底层软件和应用软件。硬件电路、底层软件和应用软件是VCU的关键核心技术。

图3 VCU组成

VCU的硬件设计有标准化的核心模块电路（32位主处理器、电源、存储器、CAN）和VCU专用电路（传感器采集等）。其中，标准化的内核模块电路可以移植到MCU和BMS，平台硬件将具有很好的可移植性和扩展性。随着汽车处理器技术的发展，VCU逐渐从16位处理器芯片过渡到32位处理器芯片，32位已成为行业主流产品。

底层软件基于AUTOSAR汽车软件的开放系统架构，实现了开发电子控制单元（ECU）通用平台的开发目标，并支持新能源汽车的不同控制系统。模块化软件组件以软件复用为目的，有效提高软件质量，缩短软件开发周期。

应用层软件按照V型开发流程，基于模型进行开发，有利于团队合作和平台扩展。快速原型开发工具和模型在环（MIL）工具用于验证软件模型，以加快开发速度。政策文件和软件模型由专门的版本工具进行管理，以增强可追溯性；驾驶员的扭矩分析、换挡规律、模式切换、扭矩分配和故障诊断策略是应用层的关键技术，对车辆的动力性、经济性和可靠性具有重要影响。

表2显示了全球主流VCU供应商的技术参数，代表了VCU的发展趋势。

表2 VCU技术参数

国外主流制造商1

国外主流制造商II

尺寸（mm）

185*127*65

220*170*45

建筑学

Freescale 32位（MPC5642），单核120MHz

+德尔福ASIL C

Freescale 32位（MPC5644），

单芯120Mhz

+Freescale 8位（S9S08DZ60）

软件体系结构

参考AutoSAR

非AutoSAR

通信方法

CAN、LIN、SPI、FlexRay

CAN、LIN、SPI

工作电压

10~16V（与24V系统不兼容）

9~16V（与24V系统不兼容）

功能安全

ISO26262 ASIL C可以通过扩展相关芯片来满足。

符合iso 26262 ASIL C。

3.2单片机

MCU是新能源汽车特有的核心动力电子单元。它通过接收来自VCU的车辆运行控制指令，控制电机输出指定的扭矩和速度，并驱动车辆运行。动力电池的直流能量被转换成所需的高压交流电，并驱动电机本体输出机械能。同时，单片机具有对电机系统进行故障诊断、保护和存储的功能。

单片机由外壳和冷却系统、电力电子单元、控制电路、底层软件和控制算法软件组成。具体结构如图4所示。

图4 MCU组成

MCU的硬件电路采用模块化和平台化设计理念（核心模块与VCU在同一平台上），电源驱动部分采用多重诊断保护功能电路设计，电源回路部分采用汽车IGBT模块并联技术、定制总线电容和集成母线设计；

结构部分采用高防护等级，一体化液冷设计。

与VCU类似，MCU的底层软件基于AUTOSAR开放系统架构，实现了开发ECU通用平台的开发目标，模块化软件组件旨在实现软件复用。

根据功能设计，应用层软件一般可分为四个模块：状态控制、矢量算法、需求转矩计算和诊断模块。其中，矢量算法模块分为MTPA控制和弱磁控制。

MCU的关键技术方案包括：基于32位高性能双核主处理器；汽车级并联IGBT技术，基于AutoSAR架构平台软件和先进的SVPWM PMSM控制算法，定制薄膜总线电容器和集成电源电路设计；

高防护外壳，一体化水冷散热设计。

表3显示了全球主流MCU硬件供应商的技术参数，代表了MCU的发展趋势。

表3 MCU技术参数

国外主流制造商1

国外主流制造商II

尺寸（mm）

475*245*108

411*454*183

峰值功率

180千伏

320千伏

峰值输出电流

320个

450年

主处理器

TMS320F28335型

英飞凌科技

防护等级

第67页

第69页

通信方法

罐头

罐头

转矩和速度的响应时间、转矩和速度控制精度

满足车辆控制的要求。

满足车辆控制的要求。

3.3电池组和BMS

电池组是新能源汽车的核心能源，为整车提供驱动动力。它主要通过金属外壳构成电池组的主体。模块化结构设计实现了电池单元的集成，通过热管理设计和仿真优化了电池组的热管理性能，并通过电气部件和线束的控制系统实现了电池的安全保护和连接路径。通过BMS，实现了对电池的管理、与整车的通信和信息交换。

电池组的组成如图5所示，包括电池单元、模块、电气系统、热管理系统、盒子和BMS。BMS可以提高电池的利用率，防止电池的过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监测电池的状态。图5电池组的组成

BMS是电池组中最关键的部件，类似于VCU，其核心部分由硬件电路、底层软件和应用软件组成。然而，BMS的硬件由两部分组成：主板（BCU）和从板（BMU），后者安装在模块中，用于检测单元的电压、电流和平衡控制。主板的安装位置灵活，用于继电器控制、SOC估计和电气伤害保护。

BMU的硬件部分完成了对电池单元电压和温度的测量，并通过高可靠性的数据传输通道与BCU模块进行指令和数据的双向传输。BCU可以选择基于汽车功能安全架构的32位微处理器，完成总电压采集、绝缘检测、继电器驱动和状态监测等功能。

底层软件架构符合AUTOSAR标准，模块化开发易于扩展和移植，提高了开发效率。

应用层软件是BMS的控制核心，包括电池保护、电损伤保护、故障诊断管理、热管理、继电器控制、从机控制、平衡控制、SOC估计和通信管理。应用层软件体系结构如图6所示。

图6应用层软件架构

表4显示了国内外主流BMS供应商的技术参数，代表了BMS的发展趋势。

表4 BMS技术参数

国外主流制造商

国内主流制造商

配套方案

主从结构

主从结构

温度范围

-40~85℃

-40～85℃

技术指标

电压测量精度：0.1%FS

电流测量精度：0.1%FS

电流测量范围：0~600 a

SOC估计精度：5%

平衡模式：主动平衡

电压测量精度：0.5%

金融服务

电流测量精度：0.5%

金融服务

温度测量范围（℃）：-40～125℃

温度测量精度（℃）：0.5℃

SOC测量精度：5%；

平衡方式：被动平衡

车辆应用范围

纯电动汽车和混合动力汽车

纯电动汽车和混合动力汽车

功能安全

蓄电池过充电、过放电、温升保护、绝缘保护、高压联锁和预充电。

蓄电池过充电、过放电、温升保护和绝缘保护

适用电池范围

锰酸锂和三元材料

动力电池，如铅酸电池、镍氢电池和锂电池。

4个充电设施

充电设施不完善是阻碍新能源汽车营销的一个重要因素。本文分析了特斯拉的成功解决方案，提出了新能源汽车的充电解决方案，并分析了充电系统的组成。

4.1特斯拉充电方案分析

特斯拉超级充电器代表了当今世界上最先进的充电技术。它给MODEL S充电的速度比大多数充电站快得多。表5显示了特斯拉电池和充电参数。

表5电池和充电参数

动力电池组件参数

0.8C快速充电参数（90kW充电）

电池类型

额定电压

电压范围

总容量

电压

电流

权力

美国国家航空航天局

424.8伏

324.5-495.6伏

200.1安培

500伏

160个

80千瓦

改进的NCA

356.4伏

272.25-415.8伏

238.7安培

420伏

192年

80千瓦

特斯拉有五种充电方式，使用普通110/220V电源插座充电，充电30小时；集成10kW充电器，10小时内充满电；集成20kW充电器，5小时内充满电；可以在家墙上或停车场安装快速充电器，充电时间可以缩短到5小时；

它可以在45分钟内充电80%，而且电费是免费的。这种快速充电设备只在北美市场上很常见。

特斯拉使用太阳能电池板遮阳板的充电站，不仅可以抵消能源消耗，还可以遮阳。与在加油站加油需要付费不同，正确配置的MODEL S可以在任何开放的充电站免费充电。

特斯拉充电技术的特点可以概括为：1）特斯拉充电站增加了太阳能充电技术，使充电站尽可能使用清洁能源，减少了对电网的依赖，也减少了对电力网的干扰。这项技术也可以在中国实现。2） 特斯拉的充电时间短并不奇怪。特斯拉的充电器具有90~120kWh的大容量，充电速率为0.8C。与普通快速充电一样，它没有使用更大的充电速率，因此不会影响电池寿命。在20分钟内充电到40%可以满足电池寿命要求，主要是因为电池容量大。

4.2充电解决方案

0

图7充电系统组成

图7是新能源汽车的参考充电解决方案。充电系统由配电系统（高压配电柜、变压器、无功补偿装置和低压开关柜）、充电系统（充电柜和充电终端）和储能系统（储能电池和逆变柜）组成。无功补偿装置解决了充电系统对电网功率因数的影响。通常，充电柜内部充电器具有有源滤波功能，以解决谐波电流和功率因数的问题。储能电池和逆变柜可以解决旧配电系统无法满足充电站容量要求的问题，并起到调峰填谷的作用，在不充电时储存能量，在配电系统容量不足时释放储存的能量进行充电。如果新建配电系统容量足够，则可以不选择储能电池和逆变器柜。风力发电和光伏发电为充电系统提供清洁能源，并试图减少来自电网的电力。

5摘要

从消费者和技术的角度对新能源汽车的结构进行了分类，分析了各种结构的优势，以及国内外原始设备制造商的应用。分析了新能源汽车的模块组成和平台架构，详细介绍了三级模块系统中的相关执行系统和控制系统。本文分析了VCU、MCU和BMS的结构和关键技术，以及世界主流供应商的技术参数和发展趋势。分析了特斯拉的成功解决方案，提出了新能源汽车的充电解决方案。

作者杨伟斌系北汽福田新能源系统开发部部长，清华大学博士后、高级工程师。图5电池组的组成

BMS是电池组中最关键的部件，类似于VCU，其核心部分由硬件电路、底层软件和应用软件组成。然而，BMS的硬件由两部分组成：主板（BCU）和从板（BMU），后者安装在模块中，用于检测单元的电压、电流和平衡控制。主板的安装位置灵活，用于继电器控制、SOC估计和电气伤害保护。

BMU的硬件部分完成了对电池单元电压和温度的测量，并通过高可靠性的数据传输通道与BCU模块进行指令和数据的双向传输。BCU可以选择基于汽车功能安全架构的32位微处理器，完成总电压采集、绝缘检测、继电器驱动和状态监测等功能。

底层软件架构符合AUTOSAR标准，模块化开发易于扩展和移植，提高了开发效率。

应用层软件是BMS的控制核心，包括电池保护、电损伤保护、故障诊断管理、热……

管理、继电器控制、从属控制、平衡控制、SOC估计和通信管理。应用层软件体系结构如图6所示。

图6应用层软件架构

表4显示了国内外主流BMS供应商的技术参数，代表了BMS的发展趋势。

表4 BMS技术参数

国外主流制造商

国内主流制造商

配套方案

主从结构

主从结构

温度范围

-40~85℃

-40～85℃

技术指标

电压测量精度：0.1%FS

电流测量精度：0.1%FS

电流测量范围：0~600 a

SOC估计精度：5%

平衡模式：主动平衡

电压测量精度：0.5%

金融服务

电流测量精度：0.5%

金融服务

温度测量范围（℃）：-40～125℃

温度测量精度（℃）：0.5℃

SOC测量精度：5%；

平衡方式：被动平衡

车辆应用范围

纯电动汽车和混合动力汽车

纯电动汽车和混合动力汽车

功能安全

蓄电池过充电、过放电、温升保护、绝缘保护、高压联锁和预充电。

蓄电池过充电、过放电、温升保护和绝缘保护

适用电池范围

锰酸锂和三元材料

动力电池，如铅酸电池、镍氢电池和锂电池。

4个充电设施

充电设施不完善是阻碍新能源汽车营销的一个重要因素。本文分析了特斯拉的成功解决方案，提出了新能源汽车的充电解决方案，并分析了充电系统的组成。

4.1特斯拉充电方案分析

特斯拉超级充电器代表了当今世界上最先进的充电技术。它给MODEL S充电的速度比大多数充电站快得多。表5显示了特斯拉电池和充电参数。

表5电池和充电参数

动力电池组件参数

0.8C快速充电参数（90kW充电）

电池类型

额定电压

电压范围

总容量

电压

电流

权力

美国国家航空航天局

424.8伏

324.5-495.6伏

200.1安培

500伏

160个

80千瓦

改进的NCA

356.4伏

272.25-415.8伏

238.7安培

420伏

192年

80千瓦

特斯拉有五种充电方式，使用普通110/220V电源插座充电，充电30小时；集成10kW充电器，10小时内充满电；集成20kW充电器，5小时内充满电；可以在家墙上或停车场安装快速充电器，充电时间可以缩短到5小时；

它可以在45分钟内充电80%，而且电费是免费的。这种快速充电设备只在北美市场上很常见。

特斯拉使用太阳能电池板遮阳板的充电站，不仅可以抵消能源消耗，还可以遮阳。与在加油站加油需要付费不同，正确配置的MODEL S可以在任何开放的充电站免费充电。

特斯拉充电技术的特点可以概括为：1）特斯拉充电站增加了太阳能充电技术，使充电站尽可能使用清洁能源，减少了对电网的依赖，也减少了对电力网的干扰。这项技术也可以在中国实现。2） 特斯拉的充电时间短并不奇怪。特斯拉的充电器具有90~120kWh的大容量，充电速率为0.8C。与普通快速充电一样，它没有使用更大的充电速率，因此不会影响电池寿命。在20分钟内充电到40%可以满足电池寿命要求，主要是因为电池容量大。

4.2充电解决方案

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图7充电系统组成

图7是新能源汽车的参考充电解决方案。充电系统由配电系统（高压配电柜、变压器、无功补偿装置和低压开关柜）、充电系统（充电柜和充电终端）和储能系统（储能电池和逆变柜）组成。无功补偿装置解决了充电系统对电网功率因数的影响。通常，充电柜内部充电器具有有源滤波功能，以解决谐波电流和功率因数的问题。储能电池和逆变柜可以解决旧配电系统无法满足充电站容量要求的问题，并起到调峰填谷的作用，在不充电时储存能量，在配电系统容量不足时释放储存的能量进行充电。如果新建配电系统容量足够，则可以不选择储能电池和逆变器柜。风力发电和光伏发电为充电系统提供清洁能源，并试图减少来自电网的电力。

5摘要

从消费者和技术的角度对新能源汽车的结构进行了分类，分析了各种结构的优势，以及国内外原始设备制造商的应用。分析了新能源汽车的模块组成和平台架构，详细介绍了三级模块系统中的相关执行系统和控制系统。本文分析了VCU、MCU和BMS的结构和关键技术，以及世界主流供应商的技术参数和发展趋势。分析了特斯拉的成功解决方案，提出了新能源汽车的充电解决方案。

作者杨伟斌系北汽福田新能源系统开发部部长，清华大学博士后、高级工程师。

标签：特斯拉宝马标致丰田福田

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