1 新能源汽車分類

在新能源汽車分類中，“弱混、強混”與“串聯、並聯”不同分類方法令非業內人士感到困惑，其實這些名稱是從不同角度給出的解釋、並不矛盾。

1.1消費者角度

消費者角度通常按照混合度進行劃分，可分為起停
、弱混

、中混
、強混
、插電和純電動，節油效果和成本增等指標加如表1所示。表中“-”表示無此功能或較弱、“+”個數越多表示效果越好，從表中可以看出隨著節油效果改善


、成本增加也較多。

1.2技術角度

技術角度由簡到繁分為純電動
、串聯混合動力、並聯混合動力及混聯混合動力，具體如圖1所示。其中P0表示BSG（Belt starter generator，帶傳動啟停裝置）係統，P1代表ISG（Integrated starter generator，啟動機和發電機一體化裝置）係統
、電機處於發動機和離合器之間，P2中電機處於離合器和變速器輸入端之間，P3表示電機處於變速器輸出端或布置於後軸
，P03表示P0和P3的組合。

從統計表中可以看出，各種結構在國內外乘用或商用車中均得到廣泛應用
，相對來說P2在歐洲比較流行，行星排結構在日係和美係車輛中占主導地位，P03等組合結構在四驅車輛中應用較為普遍、歐藍德和標致3008均已實現量產。新能源車型選擇應綜合考慮結構複雜性、節油效果和成本增加，例如由通用、克萊斯勒和寶馬聯合開發的三行星排雙模係統，盡管節油效果較好
，但由於結構複雜且成本較高，近十年間的市場表現不盡如人意。
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2 新能源汽車模塊規劃

盡管新能源汽車分類複雜，但其中共用的模塊較多
，在開發過程中可采用模塊化方法，共享平台
、提高開發速度。總體上講
，整個新能源汽車可分為三級模塊體係
、如圖2所示，一級模塊主要是指執行係統

，包括充電設備、電動附件、儲能係統、發動機

、發電機、離合器
、驅動電機和齒輪箱。二級模塊分為執行係統和控製係統兩部分，執行部分包括充電設備的地麵充電機
、集電器和車載充電機，儲能係統的單體、電箱和PACK，發動機部分的氣體機
、qiyoujihechaiyouji
，fadianjideyongcitongbuhejiaoliuyibu，liheqizhongdeganshiheshishi
，qudongdianjideyongcitongbuhejiaoliuyibu
，chilunxiangbufendeyoujishizidongbiansuqi（包括AMT、AT和DCT等）
、行星排和減速齒輪。

二級模塊的控製係統包括BMS

、ECU、GCU、CCU
、MCU、TCU和VCU，分別表示電池管理係統
、發動機電子控製單元、發電機控製器、離合器控製單元
、電機控製器、變bian速su器qi控kong製zhi係xi統tong和he整zheng車che控kong製zhi器qi。三san級ji模mo塊kuai體ti係xi中zhong，包bao括kuo電dian池chi單dan體ti的de功gong率lv型xing和he能neng量liang型xing，永yong磁ci和he異yi步bu電dian機ji的de水shui冷leng和he風feng冷leng形xing式shi，控kong製zhi係xi統tong的de三san級ji模mo塊kuai主zhu要yao包bao括kuo硬ying件jian
、底層和應用層軟件。

根據功能和控製的相似性，三級模塊體係的部分模塊可組成純電動（含增程式）、插電並聯混動和插電混聯混動三種平台架構，例如純電動（含增程式）由充電設備、電動附件
、儲能係統、qudongdianjihechilunxiangzucheng。gepingtaimokuaidetongyongxingjiaoqiang
，caiyongpingtaihemokuaidekaifafangfa

，kegongxianghexinbujianziyuan，tishengxinnengyuanxitongdeanquanxinghekekaoxing
，suoduanzhouqi、降低研發及采購成本。

3 新能源汽車三大核心技術

在三級模塊體係和平台架構中
，整車控製器（VCU）、電機控製器（MCU）和電池管理係統（BMS）是最重要的核心技術，對整車的動力性、經濟性

、可靠性和安全性等有著重要影響。

3.1VCU

VCU是實現整車控製決策的核心電子控製單元，一般僅新能源汽車配備

、傳統燃油車無需該裝置。VCU通過采集油門踏板
、擋位、刹車踏板等信號來判斷駕駛員的駕駛意圖
；通過監測車輛狀態（車速、溫度等）信息，由VCU判斷處理後，向動力係統、動力電池係統發送車輛的運行狀態控製指令，同時控製車載附件電力係統的工作模式；VCU具有整車係統故障診斷保護與存儲功能。

圖3為VCU的結構組成，共包括外殼、硬件電路、底層軟件和應用層軟件

，硬件電路、底層軟件和應用層軟件是VCU的關鍵核心技術。


VCU硬件采用標準化核心模塊電路（ 32位主處理器
、電源
、存儲器、CAN ）和VCU專用電路（傳感器采集等）設計；其中標準化核心模塊電路可移植應用在MCU和BMS

，平台化硬件將具有非常好的可移植性和擴展性。隨著汽車級處理器技術的發展，VCU從基於16位向32位處理器芯片逐步過渡，32位已成為業界的主流產品。

底層軟件以AUTOSAR汽車軟件開放式係統架構為標準，達到電子控製單元（ECU）開發共平台的發展目標，支持新能源汽車不同的控製係統；模塊化軟件組件以軟件複用為目標，以有效提高軟件質量
、縮短軟件開發周期。

應用層軟件按照V型開發流程
、基於模型開發完成，有利於團隊協作和平台拓展
；采用快速原型工具和模型在環（MIL）工具對軟件模型進行驗證，加快開發速度
；策略文檔和軟件模型均采用專用版本工具進行管理，增強可追溯性
；駕駛員轉矩解析、換擋規律

、模式切換、轉矩分配和故障診斷策略等是應用層的關鍵技術，對車輛動力性
、經濟性和可靠性有著重要影響。

表2為世界主流VCU供應商的技術參數
，代表著VCU的發展動態。

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3.2MCU

MCU是新能源汽車特有的核心功率電子單元
，通過接收VCU的車輛行駛控製指令，控製電動機輸出指定的扭矩和轉速，驅動車輛行駛。實現把動力電池的直流電能轉換為所需的高壓交流電、並驅動電機本體輸出機械能。同時，MCU具有電機係統故障診斷保護和存儲功能。

MCU由外殼及冷卻係統、功率電子單元、控製電路、底層軟件和控製算法軟件組成，具體結構如圖4所示。

MCU硬件電路采用模塊化
、平台化設計理念（核心模塊與VCU同平台），功率驅動部分采用多重診斷保護功能電路設計
，功率回路部分采用汽車級IGBT模塊並聯技術、定製母線電容和集成母排設計；結構部分采用高防護等級、集成一體化液冷設計。

與VCU類似，MCU底層軟件以AUTOSAR開放式係統架構為標準，達到ECU開發共同平台的發展目標
，模塊化軟件組件以軟件複用為目標。

應用層軟件按照功能設計一般可分為四個模塊：狀態控製、矢量算法、需求轉矩計算和診斷模塊。其中，矢量算法模塊分為MTPA控製和弱磁控製。

MCU關鍵技術方案包括：基於32位高性能雙核主處理器；汽車級並聯IGBT技術，定製薄膜母線電容及集成化功率回路設計，基於AutoSAR架構平台軟件及先進SVPWM PMSM控製算法
；高防護等級殼體及集成一體化水冷散熱設計。

表3為世界主流 MCU硬件供應商的技術參數，代表著MCU的發展動態。

3.3電池包和BMS

電(dian)池(chi)包(bao)是(shi)新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)核(he)心(xin)能(neng)量(liang)源(yuan)
，為(wei)整(zheng)車(che)提(ti)供(gong)驅(qu)動(dong)電(dian)能(neng)
，它(ta)主(zhu)要(yao)通(tong)過(guo)金(jin)屬(shu)材(cai)質(zhi)的(de)殼(ke)體(ti)包(bao)絡(luo)構(gou)成(cheng)電(dian)池(chi)包(bao)主(zhu)體(ti)。模(mo)塊(kuai)化(hua)的(de)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)實(shi)現(xian)了(le)電(dian)芯(xin)的(de)集(ji)成(cheng)，通(tong)過(guo)熱管理設計與仿真優化電池包熱管理性能，電器部件及線束實現了控製係統對電池的安全保護及連接路徑
；通過BMS實現對電芯的管理
，以及與整車的通訊及信息交換。

電池包組成如圖5所示

，包括電芯、模塊、電氣係統、熱管理係統、箱體和BMS。BMS能夠提高電池的利用率
，防止電池出現過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監控電池的狀態。

BMS是電池包最關鍵的零部件
，與VCU類似，核心部分由硬件電路、底層軟件和應用層軟件組成。但BMS硬件由主板（BCU）和從板（BMU）兩部分組成，從版安裝於模組內部，用於檢測單體電壓
、電流和均衡控製；主板安裝位置比較靈活，用於繼電器控製、荷電狀態值（SOC）估計和電氣傷害保護等。

BMU硬件部分完成電池單體電壓和溫度測量，並通過高可靠性的數據傳輸通道與BCU 模塊進行指令及數據的雙向傳輸。BCU 可選用基於汽車功能安全架構的32 位微處理器完成總電壓采集、絕緣檢測

、繼電器驅動及狀態監測等功能。
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底層軟件架構符合AUTOSAR標準

，模塊化開發容易實現擴展和移植，提高開發效率。

應用層軟件是BMS的控製核心
，包括電池保護
、電氣傷害保護、故障診斷管理、熱管理、繼電器控製、從板控製、均衡控製

、SOC估計和通訊管理等模塊
，應用層軟件架構如圖6所示。

表4為國內外主流 BMS供應商的技術參數，代表著BMS的發展動態。

4 充電設施

充電設施不完善是阻礙新能源汽車市場推廣的重要因素
，對特斯拉成功的解決方案進行分析
，並提出新能源汽車的充電解決方案、剖析充電係統組成。

4.1特斯拉充電方案分析

特斯拉超級充電器代表了當今世界最先進的充電技術，它為MODELS充電的速度遠高於大多數充電站，表5為特斯拉電池和充電參數。

特斯拉具有5種充電方式，采用普通110/220V市電插座充電，30小時充滿；集成的 10kW充電器，10小時充滿；集成的20kW充電器，5小時充滿；一種快速充電器可以裝在家庭牆壁或者停車場，充電時間可縮短為5小時
； 45分鍾能充80%的電量、且電費全免
，這種快充裝置僅在北美市場比較普遍。

特斯拉使用太陽能電池板遮陽棚的充電站，既可以抵消能源消耗又能夠遮陽。與在加油站加油需要付費不同，經過適當配置的 MODEL可以在任何開放充電站免費充電。

特斯拉充電技術特點可總結如下兩點：1）特(te)斯(si)拉(la)充(chong)電(dian)站(zhan)加(jia)入(ru)了(le)太(tai)陽(yang)能(neng)充(chong)電(dian)技(ji)術(shu)
，這(zhe)一(yi)技(ji)術(shu)使(shi)充(chong)電(dian)站(zhan)盡(jin)可(ke)能(neng)使(shi)用(yong)清(qing)潔(jie)能(neng)源(yuan)，減(jian)少(shao)對(dui)電(dian)網(wang)的(de)依(yi)賴(lai)，同(tong)時(shi)也(ye)減(jian)少(shao)了(le)對(dui)電(dian)網(wang)的(de)幹(gan)擾(rao)
，國(guo)內(nei)這(zhe)一(yi)技(ji)術(shu)也(ye)能(neng)實(shi)現(xian)。 2）特斯拉充電時間短也不足為奇，特斯拉的充電機容量大90~120kWh，充電倍率0.8C，跟普通快充一樣，並沒有采用更大的充電倍率，所以不會影響電池壽命；20分鍾充到40%
，就能滿足續航要求
，主要原因是電池容量大。

4.2充電解決方案

圖7為一種可參考的新能源汽車充電解決方案，充電係統組成：配電係統（高壓配電櫃、變壓器、無功補償裝置和低壓開關櫃）、充電係統（充電櫃和充電機終端） 以及儲能係統（儲能電池與逆變器櫃）。無功補償裝置解決充電係統對電網功率因數影響，充電櫃內充電機一般都具備有源濾波功能、解決諧波電流和功率因數問題。儲能電池和逆變器櫃解決老舊配電係統無法滿足充電站容量要求、並bing起qi到dao削xue峰feng填tian穀gu作zuo用yong，在zai不bu充chong電dian時shi候hou進jin行xing儲chu能neng，大da容rong量liang充chong電dian且qie配pei電dian係xi統tong容rong量liang不bu足zu時shi釋shi放fang所suo儲chu能neng量liang進jin行xing充chong電dian。如ru果guo新xin建jian配pei電dian係xi統tong容rong量liang足zu夠gou
，儲chu能neng電dian池chi和he逆ni變bian器qi櫃gui可ke以yi不bu選xuan用yong。風feng力li發fa電dian和he光guang伏fu發fa電dian為wei充chong電dian係xi統tong提ti供gong清qing潔jie能neng源yuan，盡jin量liang減jian少shao從cong電dian網wang取qu電dian。

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