淺談電子控制技術在新能源產業領域的應用

張曼 王炳乾

【摘 要】電子控制技術作為目前較為成熟的控制方式之一，已經比較成熟的運用于各個行業領域。它不僅極大地提高了企業生產效率，更為我們的生活帶來了很大的便利。本文對電子控制系統做了相關闡述，并重點研究探討電子控制技術在新能源汽車領域和風力發電領域上的相關應用。

【關鍵詞】電子控制；新能源汽車；風力發電

隨著我國新能源產業的不斷發展，電子控制技術在各個領域都取得了重大突破，這也奠定了電子控制技術在各領域的重要地位。當前，我國正在極力推廣新能源產業化。企業須配合國家政策，努力發掘自身潛力，全方位、多角度地了解企業自身的優勢和不足；制定具體的發展策略，努力創新技術，從而提高自身競爭力。

1.電子控制系統概述

電子控制技術是一門運用電子電路實現控制的技術，而以電子技術為核心的控制系統，叫做電子控制系統。在這個系統中有電阻、電感電容等元件，以及二極管、三極管、集成電路等電子器件，它們相互作用、相互依賴、相互影響，形成一個整體，以實現控制的目的。電子控制系統一般分為輸入、控制、和輸出三個基本組成部分。輸入部分能將采集的非電量信息的變化轉化為電量的變化，輸入信息可以有多種形式，如作用力、溫度、濕度、轉速等；控制部分一般由具有各種控制功能的電子電路或者微處理器組成，它能對送入的電信號進行對比、分析和處理；輸出部分由電磁繼電器、電動機等多種執行機構組成，輸出信號也有多種形式，如聲音、溫度、轉速等。電子控制系統能直接影響設備的控制性能、工作效率及安全可靠性能。

2.新能源汽車電子控制的關鍵技術分析

2.1整車控制器

VCU是實現整車控制和決策的核心電子控制單元。該控制器一般只有新能源汽車才會配備。VCU由硬件電路、底層軟件和應用層軟件所組成。VCU的硬件采用標準化的核心模塊電路，以當前的技術發展水平，主要以32位主處理器、電源、存儲器、控制器局域網絡和VCU專用電路組成。通過采集加速、轉向和剎車等信號來判斷駕駛者的意圖；通過監測車輛的狀態，如速度傳感器、扭矩傳感器和溫度傳感器等，由VCU判斷處理后，向動力系統、轉向系統和動力電池等系統發送車輛的運行狀態控制指令，同時控制車載附件電力系統的工作模式。VCU可以對整車系統進行故障診斷和保護。

2.2電動助力轉向技術

電動助力轉向系統（EPS）是由扭矩傳感器、電子控制單元、ECU和助力電機共同組成，其電氣原理圖如圖1所示。電子控制單元根據各傳感器輸出的信號計算所需的轉向助力，并通過功率放大模塊控制助力電機的轉動，電機的輸出經過減速機構減速增扭后驅動齒輪齒條機構產生相應的轉向助力。EPS正常工作時，EPS根據接收來自VCU的車速信號、喚醒信號及來自扭矩傳感器的扭矩信號和EPS助力電機的馬達位置、馬達轉速、馬達轉子位置、電流、電壓信號等進行綜合判斷，以控制EPS助力電機的扭矩、轉速和方向。電動助力轉向技術能夠從旁協助新能源汽車的安全行駛，當汽車沒有轉向時此項技術不會發出指令，并且相應的裝置不會工作，這樣也實現了新能源汽車的低能耗發展。新能源汽車通過實施監控，也能夠確保新能源汽車的安全與穩定行駛，從而保證人民群眾的出行安全[1]。

2.3驅動電機控制系統

驅動電機系統是車輛行駛的主要執行機構，其特性決定了車輛的主要性能指標。可見，驅動電機系統是十分重要的部件。驅動電機系統由驅動電動機（DM）、驅動電機控制器（MCU）構成，通過高低壓線束、冷卻管路，與整車其它系統作電氣和散熱連接。VCU根據駕駛員意圖發出指令，電機控制器實時調整驅動電機的輸出，以實現整車的怠速、前行、倒車、停車和能量回收等功能。

2.4電源控制系統

電源控制系統主要包括電池管理系統，機械控制系統，動力反饋系統，驅動電機系統等。純電動汽車的工作原理是通過蓄電池作為能量源，為汽車驅動提供動力。其動力電池系統主要由動力電池模組、電池管理系統、動力電池箱及輔助元器件等四部分組成。

新能源汽車電源控制電力能源的儲備和合理分配。對電池情況進行管理，優化電池單元之間的配合，監測電池的工作情況，通過分析傳感器收集到的溫度、電壓的數據，對電池電荷量進行合理分配，避免因為溫度、電壓等因素造成電池的損害。除此之外，系統通過電荷的分配進行反饋，完成電池故障的診斷處理，進入監測車輛的狀態，保證發電機的穩定運轉，為汽車的性能品質保駕護航[2]。

系統內的BMS實時采集各電芯的電壓、各溫度傳感器的溫度值、電池系統的總電壓值和總電流值等數據，實時監控動力電池的工作狀態，并通過CAN線與VCU或充電機之間進行通訊，對動力電池系統進行充放電等進行綜合管理。

3.電子控制技術在風力發電機組中的應用

風力發電的失速功率調節方式和變槳距調節方式是收集和轉換風能的兩種最主要功率調節方式。發電機組的葉片的攻角可以隨著風速的變化始終保持在最佳角度，使風輪運行在最佳轉換效率，使輸出功率最大。

對于變槳距風力發電機，當風速超過額定風速時，發電機組的出力會始終保持在一個接近理想化的水平，提高了發電效率。同時變槳距風力發電機的葉片結構簡單、重量輕、發電機轉動慣量小，適合安裝在大型發電機組上。變槳距風力機組的缺點是變槳距機構較為復雜，增加了故障的可能性，控制系統也更加復雜。

變槳距控制機構主要分為統一槳葉控制和獨立槳葉控制，其中統一槳葉控制主要使用液壓方案，獨立槳葉控制主要使用電機方案。液壓執行機構通過液壓系統推動槳葉轉動，改變槳葉節距角。電機變槳距執行機構利用電動機對槳葉進行單獨控制，和液壓變槳距機構相比，電機變槳距方案結構相對簡單，不存在非線性、泄漏、卡澀等現象，其控制過程如圖2所示。但其動態特性相對較差，有較大的慣性，特別是對于大功率風力機。在風速變化頻繁，連續頻繁地調節槳葉時，電機將產生過量的熱負荷而易于損壞。

針對變槳距風力機動力學分析，變槳距的控制過程如下：風力機啟動前，槳葉保持順槳位置，其節距角為90°，氣流對槳葉攻角為0°，不產生力矩。當風速增大到切入風速時，由控制機構驅動槳葉向從90°向0°方向轉動，當氣流相對槳葉的攻角到達某個角度，作用在槳葉上的轉動力矩超過葉輪啟動所需要的力矩時，葉輪開始轉動。在電機并網以前，變槳距系統對葉輪進行速度控制。控制器按速度上升斜率給出速度參考值，變距系統根據此值，調整槳距角。

4.結語

總而言之，電子控制技術地不斷發展，為新能源產業注入了新的動力。新能源汽車的投入使用在很大程度上又實現了綠色低碳化的交通，有效的解決了汽車污染的問題。風力發電的不斷發展，讓我們的生活逐步擺脫對原有化石能源的依賴。隨著新技術的引用，我國的新能源產業必將發展的越來越好。

【參考文獻】

[1]張志剛.新能源汽車電子控制的關鍵性技術研究[J].中國科技信息，2013（08）：115-116.

[2]梁劍烽.新能源汽車電子控制的關鍵性技術初探[J].計算機產品與流通，2017（11）：265.