[发明专利]集成电机控制与电池主控功能的新能源整车控制器

说明书

技术领域

本发明涉及集成电机控制与电池主控功能的新能源整车控制器，属于新能源汽车技术，尤其是新能源汽车电控系统技术。

背景技术

新能源汽车尤其是纯电动汽车作为未来汽车的主要发展方向，国家一向给予支持和鼓励。随着国家政策的大力支持和关键技术的逐步突破，新能源汽车行业前景良好。

MCU(Motor control unit)即电机控制单元，又称电机控制器，负责新能源汽车主驱动电机的控制。

VCU(Vehicle control uint)即车辆控制单元，又称整车控制器，负责新能源汽车整车的控制。

新能源汽车动力系统主要包括动力电池、电机驱动系统与电控系统。动力电池包括电池本体与电池管理系统BMS，电机驱动系统包括驱动电机与电机控制器MCU。现有的新能源汽车动力系统基本结构如图1所示。

常规的BMS使用主从式的系统架构，即一个主控模块+若干采集模块的方式，主控模块与采集模块之间通过CAN通信，如图2所示。

常规的MCU包括数字信号处理模块与功率驱动模块，数字信号处理模块与功率驱动模块之间采用线缆或者电路板连接，如图3所示。BMS，MCU与VCU等多个控制器的同时存在，使得新能源汽车结构复杂，成本较高，并且多个控制器的存在使得原本有限的车内空间布置与布线更加困难，更增加了车辆出故障时检修的工作量与工作难度。

发明内容

本发明的目的是减少新能源汽车控制器数量，从而降低整车电子系统的复杂程度，使得新能源汽车更加简单可靠。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为集成电机控制与电池主控功能的新能源整车控制器，该控制器集成了BMS主控模块的功能与MCU数字信号处理模块的功能，即将原本整车控制的功能，BMS主控功能与MCU数字信号处理功能全部集中到整车控制器中实现，从而不再需要专门的BMS主控模块与MCU数字信号处理模块。

本发明提出的新型新能源汽车动力系统基本结构如图4所示。

动力电池与采集模块相连；动力电池为功率驱动模块供电，功率驱动模块用以控制驱动电机的启停；采集模块、功率驱动模块与VCU相连；所述VCU集成BMS主控功能与MCU数字信号处理功能。

集成电机控制与电池主控功能的新能源整车控制器电气结构如图5所示。

图5中，电源管理部分负责整车控制器的供电，中央处理器负责运算，通信部分负责接采集模块并与其它控制器通信；模拟量输入、开关量输入与频率量输入与各传感器相连；电机信号输入与电机转速与位置传感器相连；功率驱动部分与各类执行器相连；电机控制信号部分与接功率驱动模块相连。以上各个部分之间在控制器电路板上通过内部连线与内部总线连接在一起，共同构成完整的控制器硬件电路。

集成电机控制与电池主控功能的新能源整车控制器软件结构如图6所示。

图6中整车输入信号处理部分负责处理整车控制输入信号，电机输入信号处理部分负责处理电机控制输入信号，电池输入信号处理部分负责处理电池主控输入信号。整车控制输出部分负责控制整车相关执行器，电机控制输出部分负责控制功率驱动模块，电池主控输出部分负责控制电池采集模块与其它电池相关执行器。集成电机控制与电池主控功能的新能源整车控制器软件通过整车控制算法、电机控制算法、电池主控算法实现。

整车控制算法具体实现如下。

(1)整车驱动控制，基于扭矩为核心的整车驱动控制算法根据驾驶员需求及车辆状态等向电机控制算法部分发出控制指令，以满足车辆的驾驶工况。

(2)整车能量管理，通过对电动汽车的电机驱动系统、电池、传动系统以及其它车载能源动力系统的协调和管理，以获得最佳的能量利用率。

(3)整车状态监控与显示，控制器通过传感器和CAN总线，检测车辆状态及其各子系统状态信息，驱动显示仪表，将状态信息和故障诊断信息经过显示仪表显示出来。显示内容包括：车速，里程，电机的转速、温度，电池的电量、电压、电流，故障信息等。

(4)制动优先，对于驾驶员需求指令的处理，汽车制动需求优先于加速需求，即制动踏板位置信号处理优先级高于加速踏板位置信号处理优先级，以保证安全性。

(5)制动能量回收，电动汽车制动能量回收要求实现提高整车的能量回收率以及优化驾驶员感受，为回收尽可能多的动能，必须控制牵引电动机产生特定量的制动力，同时要控制机械制动系统满足由驾驶员发出的需求制动力，共有三种制动控制策略：最佳驾驶员体验的串联制动、最佳能量回收率的串联制动和并联制动。