電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)是在滿足汽車基本技術(shù)性能（如動(dòng)力性、駕駛平穩(wěn)性等）和成本等要求的前提下，根據(jù)各部件的特性及汽車的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)能量在能源轉(zhuǎn)換裝置（如發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能裝置、功率變換模塊、動(dòng)力傳遞裝置、發(fā)電機(jī)和燃料電池等）之間按最佳路線流動(dòng)，使整車的能源利用效率達(dá)到最高。

新能源汽車能量轉(zhuǎn)換

1、新能源汽車能量管理系統(tǒng)概述

新能源汽車管理系統(tǒng)可分為三級(jí)模塊體系，以混合動(dòng)力汽車為例：

一級(jí)模塊（執(zhí)行系統(tǒng)）：，包括充電設(shè)備、電動(dòng)附件、儲(chǔ)能系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、離合器、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和齒輪箱。

二級(jí)模塊（控制單元）：包括電池管理系統(tǒng)( BMS )、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元( ECU )、發(fā)電機(jī)控制器（ GCU )、離合器控制單元（ CCU )、電動(dòng)機(jī)控制器( MCU )、變速器控制系統(tǒng)（ AMT )和整車控制器（ VCU )。

三級(jí)模塊（開發(fā)系統(tǒng)與控制程序）：要包括硬件、底層和應(yīng)用層軟件。

混合動(dòng)力汽車三級(jí)模塊

在三級(jí)模塊體系和平臺(tái)架構(gòu)中，整車控制器（VCU)、電動(dòng)機(jī)控制器(MCU）和電池管理系統(tǒng)（BMS）是最重要的核心技術(shù)，對(duì)整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性等有著重要影響。

新能源汽車整車系統(tǒng)架構(gòu)

（1）整車控制器（VCU)

整車控制器是整車控制決策的核心電子控制單元，一般僅新能源汽車配備該裝置，傳統(tǒng)燃油車無需配備。VCU通過采集油門踏板、擋位、剎車踏板等信號(hào)來判斷駕駛員的駕駛意圖；通過監(jiān)測(cè)車輛狀態(tài)（車速、溫度等）信息，由VCU判斷處理后，向動(dòng)力系統(tǒng)、動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)送車輛的運(yùn)行狀態(tài)控制指令，同時(shí)控制車載輔助電力系統(tǒng)的工作模式；VCU具有整車系統(tǒng)故障診斷保護(hù)與存儲(chǔ)功能。

整車控制器控制架構(gòu)

（2）電動(dòng)機(jī)控制器(MCU）

MCU是新能源汽車特有的核心功率電子單元，通過接收VCU的車輛行駛控制指令，控制電動(dòng)機(jī)輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。它實(shí)現(xiàn)把動(dòng)力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電，并驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)本體輸出機(jī)械能同時(shí)，MCU具有電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)故障診斷保護(hù)和存儲(chǔ)功能。

電機(jī)控制器系統(tǒng)架構(gòu)

（3）電池管理系統(tǒng)（BMS）

電池管理系統(tǒng)能夠?qū)﹄妱?dòng)汽車動(dòng)力電池的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以最大限度地使用電池能量，提高單位體積電池組的能量比；在提高蓄電池續(xù)駛里程的前提下，增加電池的使用時(shí)間。BMS能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。

電池管理系統(tǒng)架構(gòu)

2、電力電子元件與功率變換裝置

新能源汽車一般都具有電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并且在該系統(tǒng)上有不少電力電子器件，了解電力電子技術(shù)的基本知識(shí)與原理，對(duì)掌握新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)和控制原理、使用性能和維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)是不可或缺的。

（1）電動(dòng)汽車的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

混合動(dòng)力汽車的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括發(fā)電機(jī)／電動(dòng)機(jī)、逆變器、聲壓器型電源變換裝置DC/DC、動(dòng)力電源、輔助電源、動(dòng)力電源管理裝置、HEV管理裝置等。

混合動(dòng)力汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

（2）電力電子器件

電力電子器件是指電能變換和控制過程中使用的電子元件，其主要特點(diǎn)是處理電功率的能力遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。

由于電力電子器件處理的電功率大，為了減小本身的損耗、提高效率，一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。

按照電力電子器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的度分為不控制件（電力二極管）、半控制器件（晶閘管）全控制器件（門極可關(guān)斷晶體管、絕緣柵雙極晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管）三類。

電力電子器件

（3）直流變換器DC/DC

電動(dòng)汽車的DC/DC變換器的主要功能是給車燈、ECU、小型電器等汽車附屬設(shè)備提供電力和向輔助電源充電，其作用與傳統(tǒng)汽車交流發(fā)電機(jī)相似。

傳統(tǒng)汽車依靠發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)提供給附屬電器設(shè)備和輔助電源。

純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車無發(fā)動(dòng)機(jī)，混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)并不是不間斷地工作，并且?guī)в?自動(dòng)怠速停止與啟動(dòng)"裝備因此電動(dòng)車無法使用交流發(fā)電機(jī)提供電源，必須依靠動(dòng)力電池箱附屬用電設(shè)備及其電源供電，DC/DC設(shè)備成為必備設(shè)備。

DC/DC變換器有升壓變換器與降壓變換器之分，根據(jù)電壓調(diào)制方式又有脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制的區(qū)別。

DC/DC變換器工作原理

3、新能源汽車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制裝置

（1）新能源汽車控制器

每個(gè)獨(dú)立具有自動(dòng)運(yùn)行程序、專用的算法語(yǔ)言、能夠采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并發(fā)送驅(qū)動(dòng)指令的裝置被稱為控制器。

系統(tǒng)包括執(zhí)行設(shè)備電動(dòng)機(jī)、功率裝置電子換向器、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)信息反饋裝置和控制器。

對(duì)于新能源汽車控制器不僅對(duì)單一裝置進(jìn)行自動(dòng)控制，還要根據(jù)汽車其它系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息或參數(shù)，不斷修改控制策略，調(diào)整指令，以獲得最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)效果。

混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制方案

（2）新能源汽車控制器組成

新能源汽車控制器的結(jié)構(gòu)組成包括以下4個(gè)部分。

新能源汽車控制器控制原理

（3）驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制類型

現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需要通過電壓或電流調(diào)節(jié)力矩，通過相位調(diào)節(jié)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的交流電。具有這種功能的裝置被稱為變頻器（逆變器），現(xiàn)在變頻器主要是以開關(guān)方式對(duì)電流或電壓控制的大功率電力電子裝置。一般分為脈沖振幅調(diào)制控制(PAM, Pulse Amplitude Modulation）、脈寬調(diào)制控制（PWM, Pulse Width Modulation）、高載頻PWM控制3種類型。

（4）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器

控制器由微機(jī)系統(tǒng)的CPU、數(shù)字邏輯電路、控制電路和各種I / O接口等電子元器件組成，是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的核心。微處理器系統(tǒng)主要根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的信息，通過CPU進(jìn)行分析、計(jì)算處理，在很短時(shí)間內(nèi)做出決策并發(fā)出一系列指令，來控制功率電路產(chǎn)生與道路情況相適應(yīng)的工作電壓和工作電流，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制原理

對(duì)于不同的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，具有不同的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型，需要采取不同的控制策略或算法才能獲得較好的電動(dòng)機(jī)控制效果。

4、新能源汽車電源管理系統(tǒng)

由于電動(dòng)電池能量和端電壓的限制，純電動(dòng)汽車需要采用多塊電池的串、并聯(lián)組合，但是動(dòng)力電池特性是非線性和時(shí)變的，加之復(fù)雜的使用條件和苛刻的使用環(huán)境，故在純電動(dòng)汽車使用過程中，要使動(dòng)力電池工作在合理的電壓、電流、溫度范圍內(nèi)，純電動(dòng)汽車上動(dòng)力電池的使用都需要進(jìn)行有效的管理。對(duì)于鎳氫電池和鋰離子電池，有效的管理尤其重要，如果管理不善，不僅可能會(huì)顯著縮短動(dòng)力電池的使用壽命，還可能引起火災(zāi)等嚴(yán)重安全事故。因此，動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)（ Batter Management System , BMS ）成為電動(dòng)汽車的必要裝置。

（1）動(dòng)力蓄電池管理任務(wù)

常見動(dòng)力電池管理系統(tǒng)主要功能包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示、狀態(tài)估計(jì)、熱管理、安全管理、能量管理和故障診斷等。

蓄電池管理系統(tǒng)

（2）動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的組成與工作模式

動(dòng)力電池管理系統(tǒng)一般包括動(dòng)力電池組、動(dòng)力電池管理控制單元MCU、動(dòng)力電池單體電壓和溫度信號(hào)采集模塊、總電流和總電壓信號(hào)采集、整車通信模塊、高壓電安全系統(tǒng)及電流均衡模塊、熱管理系統(tǒng)和檢測(cè)單元等。

典型動(dòng)力電池管理系統(tǒng)方案

（3）動(dòng)力電池的均衡充電管理和熱管理

由于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組中，眾多動(dòng)力電池之間存在制造工藝、材質(zhì)、使用環(huán)境、接線方式等差異，因此，單個(gè)電池之間存在容量、端電壓和內(nèi)阻不一致在所難免，使用充電機(jī)直接為電池組進(jìn)行預(yù)充電，必然導(dǎo)致單個(gè)電池之間的不一致性加劇，出現(xiàn)個(gè)別電池的過電壓充電。同樣，單個(gè)電池間不一致性的存在也會(huì)導(dǎo)致電池組放電過程中個(gè)別電池的過放電。在車上的布置分散、動(dòng)力電池單體的使用環(huán)境不同，導(dǎo)致電池組單體間不一致性的積累惡化，嚴(yán)重影響動(dòng)力電池組的使用壽命，對(duì)電池組的均衡充電以及有效的熱管理是BMS的主要功能。

總而言之，新能源汽車的能量管理系統(tǒng)是一種關(guān)鍵的技術(shù)，對(duì)新能源汽車整體性能至關(guān)重要，可以有效管理和分配電池能量，以優(yōu)化性能、延長(zhǎng)電池壽命，提高能源利用效率，減少環(huán)境影響，促進(jìn)可持續(xù)出行，實(shí)現(xiàn)綠色能源交通的愿景。