探究新能源汽車電控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

劉曉鳴

摘 要：我國經(jīng)濟(jì)水平的快速提升帶動(dòng)了汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，而隨著可持續(xù)發(fā)展理念的提出，汽車行業(yè)在制造汽車時(shí)也不再僅僅追求汽車的舒適度，對(duì)新能源汽車的研發(fā)工作也逐漸開展起來。本文就針對(duì)新能源汽車電控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行簡要的分析。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；電控技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀；趨勢

引言

在國家的發(fā)展過程中，也需要不斷的創(chuàng)新。隨著近些年我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車數(shù)量越來越多，不僅給交通和環(huán)境帶來了極大壓力，我國的石油資源也在逐漸的減少。在這一背景下，汽車行業(yè)為了秉承可持續(xù)發(fā)展理念，在汽車設(shè)計(jì)和制造過程中，逐漸開展了新能源汽車的研發(fā)工作，并取得了不錯(cuò)的成效。本文就主要針對(duì)新能源汽車的電控技術(shù)進(jìn)行分析。

1新能源汽車電控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)水平快速進(jìn)步，而自然環(huán)境中一些不可再生能源物質(zhì)數(shù)量也在逐漸減少，能源大量消耗也為生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力，而汽車作為石油資源消耗的主要途徑，也應(yīng)該做出相應(yīng)的變革。就當(dāng)前汽車行業(yè)發(fā)展來看，新能源汽車已經(jīng)成為了未來的主要發(fā)展方向，而未來技術(shù)研發(fā)的主要方向包括了燃料電池技術(shù)、電動(dòng)技術(shù)等新能源技術(shù)，而在實(shí)現(xiàn)這一新能源過程中，重要的過渡階段就是當(dāng)前的插電式混合動(dòng)力、油電混合式動(dòng)力汽車。但就新能源汽車的發(fā)展來看，在關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、消費(fèi)者接受度、汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型等方面都還不夠成熟。

在新能源汽車領(lǐng)域，歐美、日本等國家起步較早，技術(shù)也更為成熟，且都有各自的關(guān)鍵技術(shù)方向。舉例來講，美國強(qiáng)調(diào)拜托汽車對(duì)石油的依賴，保護(hù)石油資源，而日本則強(qiáng)調(diào)能源安全并注重自身產(chǎn)業(yè)競爭力的提升。還有歐美國家，他們的新能源汽車更重視減少二氧化碳的排放，而當(dāng)前歐洲國家在新能源汽車研發(fā)工作中最主要驅(qū)動(dòng)力也是對(duì)日益嚴(yán)格的二氧化碳排放限制要求予以滿足。

就歐洲國家而言，在早期研發(fā)的新能源汽車中，主要的燃料包括天然氣、生物質(zhì)燃料、氫燃料等等，并提出了在2022年以新能源代替掉以往23%的石油消耗。近一段時(shí)期，歐洲對(duì)電動(dòng)汽車逐漸重視起來，在2009年下半年，德國提出了電動(dòng)汽車計(jì)劃，對(duì)純電驅(qū)動(dòng)能源汽車作為主要發(fā)展方向，并對(duì)2012年、2016年、2020年進(jìn)行了分階段產(chǎn)業(yè)目標(biāo)的制定。在新能源汽車研發(fā)方面，歐美、日本等國家的發(fā)展經(jīng)歷類似，最初都是選擇替代燃料的研發(fā)思路，歐洲和美國都曾使用生物質(zhì)燃料來替代傳統(tǒng)汽車燃油。但目前這些國家都逐漸將純電能作為新能源汽車的主要研發(fā)方向，尤其是美國在經(jīng)歷金融危機(jī)之后，更是將插電式混合動(dòng)力汽車作為了新能源汽車短期規(guī)劃中的主要發(fā)展目標(biāo)。而與美國和日本相比，歐洲則對(duì)溫濕氣體減排戰(zhàn)略十分重視，而減少二氧化碳排放也是其研發(fā)新能源汽車的主要目的。

2新能源汽車電控技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著新能源汽車研發(fā)工作的逐漸開展，電力電子技術(shù)逐步得到應(yīng)用并改變了汽車的電力系統(tǒng)，形成了新能源汽車電力傳動(dòng)電氣裝置，相比于傳統(tǒng)汽車低功率低壓的輔助電氣裝置，其具備效率更高、噪音更小、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。其中，電機(jī)控制系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、能源回饋系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等是未來新能源汽車電控系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分。

2.1電池管理系統(tǒng)的發(fā)展

電池一致性問題隨著電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用而得以解決，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車和車載動(dòng)力電池之間的高效連接，在電池系統(tǒng)在動(dòng)力電池組的支持下也能夠?yàn)槠囂峁┛煽康膭?dòng)力。工作原理表現(xiàn)為：對(duì)各個(gè)電池單體進(jìn)行協(xié)調(diào)，密切監(jiān)控電池的電流、溫度、電壓等傳感器信號(hào)，從而避免由于溫度、電壓、電流過高而產(chǎn)生危險(xiǎn)。

與傳統(tǒng)多電芯電源管理產(chǎn)品、二次電池、內(nèi)燃機(jī)汽車電力系統(tǒng)等電池系統(tǒng)相比，電池管理系統(tǒng)雖然成本比較高，但子比亞迪、中國寶安、成飛集團(tuán)等汽車廠商中，新能源汽車電池管理系統(tǒng)卻還是具備領(lǐng)先的市場地位和行業(yè)口碑。

應(yīng)用電池管理系統(tǒng)的新能源汽車，唯一的動(dòng)力就是車用蓄電池，當(dāng)前主要使用的電池包括鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鉻電池等等，其中能量密度和電壓平臺(tái)都較高的是鋰離子電池，也是新能源汽車未來最理想的能源，但目前急需解決的一個(gè)問題就是鋰離子電池的使用壽命和安全性。

2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展

在新能源汽車電控系統(tǒng)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心，直接影響汽車的正常運(yùn)行，系統(tǒng)主要分為機(jī)械和電器兩個(gè)部分。電氣系統(tǒng)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要由控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)等幾個(gè)部分共同組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能和功率會(huì)直接影響電動(dòng)汽車的啟動(dòng)速度和時(shí)速快慢。就當(dāng)前電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)情況來看，電控系統(tǒng)在普通直流電機(jī)電刷工作中還是會(huì)收到電磁輻射干擾的影響，普通直流電機(jī)的散熱也較為困難，但一些電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)仍然選擇該項(xiàng)技術(shù)，比如意大利亞飛特公司的900E/E2、日本東京大學(xué)UOT電動(dòng)汽車；同時(shí)，F(xiàn)ord 公司生產(chǎn)的Ranger 電動(dòng)汽車、美國通用的 TMPACT 和 EV1 電動(dòng)汽車等等，都是采用交流電機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)作為新能源技術(shù)的；而在我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)的新能源汽車研發(fā)工作中，則是研發(fā)了多態(tài)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，這在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用前景也是極具潛力的；在新能源汽車電控系統(tǒng)中，永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是應(yīng)用最多的，PWM控制技術(shù)和永磁無刷直流電機(jī)控制技術(shù)是其主要技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)優(yōu)良的調(diào)速性能，而隨著電力電子技術(shù)快速發(fā)展所帶來的IGBT等功率模塊，永磁直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的技術(shù)水平也得到了進(jìn)一步提升。

2.3能源回饋系統(tǒng)的發(fā)展

在新能源汽車開發(fā)中，實(shí)現(xiàn)能源再利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是能源回饋系統(tǒng)的研究，目前在汽車電機(jī)動(dòng)力特性和動(dòng)力學(xué)特征等研究工作中，利用變頻器可以對(duì)能量進(jìn)行95%以上的再利用，下面簡要介紹新能源汽車電控系統(tǒng)中的能源回饋系統(tǒng)。在傳統(tǒng)汽車中，制動(dòng)產(chǎn)生的剩余能量都是以熱量的形式散失掉，制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)可在汽車制動(dòng)過程中， 將牽引電機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)動(dòng)機(jī)， 依靠車輪拖動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生電能和車輪制動(dòng)力矩， 從而將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來， 達(dá)到提高汽車?yán)m(xù)航里程的目的。 能量回饋系統(tǒng)在新能源汽車的發(fā)展中發(fā)揮著不可或缺的作用， 未來的應(yīng)用領(lǐng)域也是非常可觀的。

2.4電力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS的發(fā)展

動(dòng)力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)過了常規(guī)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子控制液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三個(gè)發(fā)展階段， 并有繼續(xù)向電子化和智能化發(fā)展的趨勢。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上加入電機(jī)作為動(dòng)力源，以電動(dòng)助力代替液壓助力；具有節(jié)能環(huán)保、 高性能化、 可控性高、 重量輕、 工作可靠性好、 制造成本低等特點(diǎn)。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最先于 1988 年日本鈴木公司投入應(yīng)用， 此后此技術(shù)得到了迅速的發(fā)展， 美國和德國相繼研制出各自的 EPS 系統(tǒng)。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展， EPS 的各項(xiàng)技術(shù)都日趨成熟，在控制方式和助力方式方面得到優(yōu)化， 其應(yīng)用范圍和影響力不斷擴(kuò)大。 我國在動(dòng)力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與開發(fā)比較關(guān)注， 但國內(nèi)部分大學(xué)、 研究機(jī)構(gòu)、 汽車系統(tǒng)公司在這方面的研究限于理論分析和仿真模擬。

結(jié)語

從上述分析可知，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展和環(huán)保理念的提出以及石油資源的大量消耗，汽車領(lǐng)域逐漸進(jìn)行了新能源汽車研發(fā)工作，目前已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成效，純電力也逐漸成為了新能源汽車的主要研發(fā)方向，歐美和日本等國家也將純電力驅(qū)動(dòng)汽車作為了汽車行業(yè)的主要發(fā)展方向。上述則主要針對(duì)新能源汽車電控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行了簡要介紹。

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