在新能源汽車的三級模塊體系和平臺架構中，整車控制器（VCU）、電機控制器（MCU）和電池管理系統（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。

1整車控制器VCU

1.整車控制器的結構

VCU是實現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、傳統燃油車無需該裝置。VCU采集電機控制系統信號、加速踏板信號、制動踏板信號及其他部件信號，根據駕駛員的駕駛意圖綜合分析并作出響應判斷后，監控下層的各部件控制器的動作，對汽車的正常行駛、電池能量的制動回饋、網絡管理、故障診斷與處理、車輛狀態監控等功能起著關鍵作用。

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組成

VCU硬件采用標準化核心模塊電路和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，平臺化硬件將具有非常好的可移植性和擴展性。

底層軟件以AUTOSAR汽車軟件開放式系統架構為標準，達到電子控制單元（ECU）開發共平臺的發展目標，支持新能源汽車不同的控制系統；模塊化軟件組件以軟件復用為目標，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、基于模型開發完成，有利于團隊協作和平臺拓展；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。

2.整車控制器的功能

整車控制系統能夠實現對汽車動力、舒適度、安全性以及能耗等多方面進行調整優化，配合大數據讓汽車擁有更好的操作性和可靠性，具體來講整車控制器對電動汽車主要有以下功能：

1）數據交互管理：整車控制器要實時采集駕駛員的操作信息和其他各個部件的工作狀態信息，這是實現整車控制器其他功能的基礎和前提。該層接受CAN總線的信息，對直接饋入整車控制器的物理層進行采樣處理，并且通過CAB發送控制命令，通過I/O、D／A和PWM提供對顯示單元、繼電器等的驅動信號。

整車控制CAN通信網絡

2）安全故障管理層：實車運行中，任何部件都可能產生差錯，從而可能導致器件損壞甚至危及車輛安全。電動汽車控制器要能對汽車各種可能的故障進行分析處理，這是保證汽車行駛安全的必備條件。

對車輛而言，故障可能出現在任何地方，但對整車控制器而言，故障只體現在第一層中繼承的數據中。對繼承的數據進行分析判斷將是該層的主要工作之一。

在檢測出錯誤后，該層會做出相應的處理，在保證車輛足夠安全的條件下，給各部件提供可使用的工作范圍，以便盡可能地滿足駕駛員的駕駛意圖。

3）駕駛員意圖層：駕駛員的所有與驅動駕駛相關的操作信號都直接進入整車控制器，整車控制器對采集的駕駛員操作信息進行正確的分析處理，計算出驅動系統的目標轉矩和車輛的需求功率來實現駕駛員的意圖。

4）能量流管理層：該層的主要工作是電動汽車控制器在多個能量源之間進行需求功率分配，這是提高燃料電池及電動汽車經濟性的必要途徑。

除了上述舉例的之外，VCU在駕駛狀態安全確認（例如不允許車輛從前進模式直接跳轉到后退模式）、通信故障保護、電池保護以及熱管理等等都有相應的數據進行保護的預測。

3.整車控制器的主流供應商

在整車控制技術方面，日本及歐美企業走在全球前列，國外大部分汽車企業在電動汽車領域積累充足，控制策略成熟度高，整車節油效果良好，控制器產品通過市場檢驗證實了其可靠性。

從全球格局來看，各汽車電子零部件巨頭，如德爾福、大陸、博世集團都紛紛進行整車控制器研發和生產。部分汽車設計公司也為整車廠提供整車控制器技術方案，如AVL、FEV、RICARDO等，在電動汽車整車控制器領域也有不少成功的案例。

在國內，電動汽車發展迅速，涌現了很多電動汽車研究機構和企業，高校以北京理工大學、吉林大學、湖南大學等，企業以一汽、東風、奇瑞、北京理工華創電動車、杭州杰能等為代表對整車控制系統進行了研發。

國內主流的整車控制器生產企業，企業類型主要分為以下幾類：整車廠、電機電控企業、汽車電子企業。

作為電動汽車核心零部件，車企大多自己研發生產整車控制器及系統設計，國內諸如比亞迪、長安、上汽、宇通、金龍等企業均為自己配套，只有部分產品及零部件通過外購。

電機電控企業也進入該領域，如大洋電機、方正電機、匯川技術等。

世界主流VCU供應商

2電機控制器MCU

1.電機控制器的結構

電機驅動控制系統（包括驅動電機和電機控制器）是新能源汽車車輛行使中的主要執行結構，控制和驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標。

電機控制器作為新能源汽車中連接電池與電機的電能轉換單元，是電機驅動及控制系統的核心，主要包含IGBT功率半導體模塊及其關聯電路等硬件部分以及電機控制算法及邏輯保護等軟件部分。

一般來講，電機控制器的主要由如下幾部分組成：

1）電子控制模塊（ElectronicController）包括硬件電路和相應的控制軟件。硬件電路主要包括微處理器及其最小系統、對電機電流，電壓，轉速，溫度等狀態的監測電路、各種硬件保護電路，以及與整車控制器、電池管理系統等外部控制單元數據交互的通信電路。控制軟件根據不同類型電機的特點實現相應的控制算法。

2）驅動器（Driver）將微控制器對電機的控制信號轉換為驅動功率變換器的驅動信號，并實現功率信號和控制信號的隔離。

3）功率變換模塊（PowerConverter ）對電機電流進行控制。電動汽車經常使用的功率器件有大功率晶體管、門極可關斷晶閘管、功率場效應管、絕緣柵雙極晶體管以及智能功率模塊等。

2.電機控制器的分類

電動汽車常用的電機驅動系統有4種，電動汽車電機控制器可依據所控制的電機驅動系統不同而分為不同的種類，具體如下表所示：

3.電機控制器的產業鏈條

電動汽車電機控制器的產業鏈上游企業主要是逆變器(主要是 IGBT 功率模塊)、逆變驅動器、電源模塊、中央控制模塊、軟啟動模塊、保護模塊、散熱系統信號檢測模塊等電子元器件生產企業；下游主要是新能源汽車廠家。

電機控制器行業產業鏈圖譜如下：

4.電機控制器的主流供應商

電機控制器的開發包括軟、硬件設計。核心軟件一般由整車廠研發，硬件和底層驅動軟件可選擇由汽車零部件廠商提供。

企業類型方面，目前主流電機控制企業主要分為兩類：一類是電動汽車整車企業，其生產的電動汽車電機控制器一般供給其整車產品；另一類是電動汽車零部件企業，其生產的電動汽車電機控制器一般供給特定或非特定的整車企業。

在乘用車領域，整車企業通常具備較強的綜合實力，通常自主研發生產電動汽車電機控制器，或者以自主研發生產為主，適當采購零部件企業的產品為輔；在客車領域，整車企業通常電機控制器研發經驗不足，一般選擇外購電動汽車電機控制器，少數規模較大的整車企業會選擇自主研發生產或者自主研發生產與外購相結合的方式。

1）整車配套電機控制企業

目前比亞迪、北汽新能源、江鈴新能源及宇通等企業能夠實現電機控制設備的自產自用，其他電控企業生產的電控設備多滿足于其他企業的電控需求；上海電驅動生產的電控設備面向華晨、青島中集、一汽、中聯重科等多家汽車、環衛裝備、客車等生產企業。

2）電機配套的電機控制企業

目前比亞迪、豐田和宇通客車等電機企業均擁有配套的電機控制企業，其電機產品除了能夠實現電機設備的自產自用外，還可以滿足于其他企業的電機設備需求；上海電驅動和精進電動生產的電機設備面向一汽、中通、東風、長城、吉利等多家汽車、客車生產企業。

3電池管理系統BMS

BMS電池管理系統作為動力電池組的核心技術，是整車企業最為關注的環節，也是銜接電池組、整車系統和電機的紐帶。

1.電池管理系統的功能

作為電池“保姆”的BMS其作用毋庸置疑，目前BMS對動力電池的作用主要包括電池狀態監測、電池狀態分析、電池安全保護、能量控制管理、電池信息管理等。

1）電池狀態監測：

指的是對電池系統的電壓，電流，溫度等數據進行采集并監測，這是電池管理的最基本一個功能，其他功能都是以此為基礎進行交互。

2）電池狀態分析：

荷電狀態(State of Charge)評估，即電池還剩多少電量，這是一項最基礎也是最有技術含量的功能，其評估的精度和準確性直接決定了電動汽車電池運行的效率，目前業內針對于SOC評估的文獻和研究都很多。

健康狀態(State of Health)評估，即隨著電池性能的下降，對電池的健康狀態進行評估，目前比較典型的指標是監測一定時間后電池容量衰減狀態等。

3）電池安全保護：

電池安全保護屬于電池管理中最重要的一個功能。電池安全保護一般包括過流保護，過充過放保護，過溫保護等。如果系統監測到電池出現過流，過充過放以及過溫的異常，會及時采取措施，如切斷回路，發出警告等。

4）能量控制管理：

主要包含充電控制管理，放電控制管理，電池均衡管理等，目的使電池在最高效最節能的情況下運行。舉個簡單的例子，充同樣的電，搭載好的能量管理系統的電動汽車能夠多跑很多公里。

5）電池信息管理：

包括電池信息顯示，即通過儀表將電池狀態信息顯示出來，告知駕駛員;系統內外信息交互，分為兩個部分，一個部分是電池系統內部信息數據交互(內網)，一個部分是與整車控制器/電機控制器進行交互(外網);電池歷史信息儲存，用于數據緩沖，電池狀態分析以及故障分析與排除。

2.電池管理系統的主要供應商

目前我國涉及BMS企業有上百家，國內技術領先的BMS企業寥寥無幾，所以行業集中度相對較高，但是也導致了技術參差不齊，兩極分化嚴重。不僅如此，目前大多數BMS企業出現了同質化競爭現象。

從目前情況來看，產業鏈各環節的主體均有參與布局BMS，總體由四類主體實施：

1)動力電池企業：

目前國內第一梯隊動力電池企業，寧德時代、中信國安盟固利、國軒高科、微宏動力等均有涉足，掌握整套核心技術優勢，具有很強的市場競爭力。

電池廠自營BMS類占車型量排行前10家企業

電池廠自營BMS業務，首先，能及時檢測出電池的性能和存在的問題，從而迅速地調整電池生產各環節，提高電池性能；再次，電池廠可以更好地了解自身電池各項指標與性能，有利于建立更高效的BMS系統；第三，電池廠自營BMS可以更好地控制BMS成本，極大地增加電池產品的競爭力。

2）專業第三方BMS：

這類BMS企業單獨經營BMS業務。代表企業有東莞鉅威動力、惠州市億能電子、深圳科列技術等企業。

第三方BMS類占車型量排行前10家企業

“術業有專攻”，BMS技術壁壘較高，獨立并有一定經驗資質的BMS企業在市場中專業性強，值得信賴，和車廠維持著非常穩定的合作關系，市場份額也比較穩定。

3）“BMS＋PACK”模式：

這類BMS企業既經營BMS業務又經營PACK業務。南京創源天地、北京普萊德均有涉足。

“BMS＋PACK”模式類占車型量排行前10家企業

對PACK企業而言，根據整車廠提出的要求，通過BMS把控動力電池性能，得到更及時的反饋信息后優化PACK是其拓展BMS業務的初衷。當PACK的定制屬性經過BMS的高技術壁壘加成，會使其能更好地滿足整車廠對BMS的需求。

4）整車廠自營BMS：

這類屬于車廠自己經營的BMS業務，裝配給車廠自身。以比亞迪、北京新能源、中通客車為代表的企業，均對BMS進行研發，除了掌握核心技術外，在成本方面較其他企業也有較強的市場競爭力。

整車廠自營BMS類占車型量排行前8家企業

值得注意的是，整車企業一般對電芯的參與較少，主要都是通過兼購、并購、戰略合作等方面進入，而BMS是這些企業重點考慮的因素。想把整車BMS延伸到電池BMS，是整車企業掌握BMS主動權主要原因。

從全球范圍來看，新能源汽車被公認為是未來汽車行業的主流， 很多國家都在積極發展和引導新能源汽車。隨著新能源汽車的發展，這也為電控的發展帶來了契機。國內市場，隨著國家的政策的幫扶，電控方面，將呈現出百花齊放的態勢。