新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)及其難點分析

周蓉

摘 要：面臨能源短缺問題和環(huán)境污染問題的日益嚴重，為了滿足居民綠色出行的需求，新能源汽車應(yīng)運而生并且得到了業(yè)界人士，同時，也逐漸取得了購車者的認可。經(jīng)過近些年研發(fā)人員的不懈努力和研究，新能源汽車技術(shù)不斷成熟，新能源汽車也已經(jīng)投入了大批量生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 關(guān)鍵技術(shù)

Analysis of Key Technologies and Difficulties of New Energy Vehicles

Zhou Rong

Abstract：Facing the increasingly serious problems of energy shortage and environmental pollution， new energy vehicles have emerged and gained the industry's attention to meet the residents' needs for green travel. At the same time， they have gradually gained recognition from car buyers. After the unremitting efforts and research of R&D personnel in recent years， the technology of new energy vehicles has continued to mature， and new energy vehicles have also been put into mass production.

Key words：new energy vehicles， key technologies

新能源汽車是汽車行業(yè)長久發(fā)展的必然選擇，政府部門也出臺了一系列的政策，如購車補貼、生產(chǎn)補貼等來支持新能源汽車行業(yè)的發(fā)展。雖然我國在新能源汽車領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的進展，但是仍然存在著一些關(guān)核心技術(shù)問題沒有解決。本文將對新能源汽車的種類進行簡要的介紹，分析新能源汽車的技術(shù)難點，加深相關(guān)研究人員對新能源汽車的了解。

1 新能源汽車概述

新能源具有零污染、可循環(huán)的特點，將其作為新能源汽車的動力，可以改善我國的生態(tài)環(huán)境污染問題，降低尾氣的排放量。新能源汽車是我國大力貫徹落實可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略所取得的成果之一，是對傳統(tǒng)汽車行業(yè)的創(chuàng)新與超越。最新的新能源汽車是純電汽車或純氫氣汽車，是將電力或者氫動力轉(zhuǎn)化為動能來驅(qū)動汽車行駛的汽車。目前我國新能源汽車的產(chǎn)量大幅增加，已經(jīng)開啟了量產(chǎn)的模式。

2 新能源汽車的分類

新能源汽車的出現(xiàn)是人們環(huán)保意識增強的表現(xiàn)，是對傳統(tǒng)汽車行業(yè)的創(chuàng)新。新能源汽車的驅(qū)動能源是電力或氫動力等新型能源。目前，我國最常見的新能源汽車包括混合動力電動汽車HEV、純電動汽車BEV、燃料電池電動汽車FCEV三種，除此之外，純氫氣汽車也逐漸進入大眾視野，未來將有可能成為最受歡迎的新能源汽車。

2.1 混合動力電動汽車HEV

混合動力電動汽車是一種過渡性產(chǎn)品，它的驅(qū)動能源不是唯一的，而是包括常規(guī)燃料和電力兩種，配備了傳統(tǒng)燃油發(fā)動機和電動機。燃油發(fā)動機主要在高速行駛和長距離行駛時提供動力，利用燃油高速持續(xù)行駛時的高性價比，均衡燃油經(jīng)濟性和動力性之間的配比，在提高汽車行駛效率的同時也降低了行駛成本，在實現(xiàn)發(fā)動機最佳工作狀態(tài)的同時為蓄電池充電。電動機主要驅(qū)動汽車啟動和停止，使汽車實現(xiàn)起步更加簡單快速、降低起步噪音、低排放的目標。當汽車處于加速和重載行駛的狀態(tài)的時候，不僅燃油發(fā)動機會為汽車提供動力，電動機也會同時驅(qū)動。混合動力電動汽車是當前新能源汽車中最受大眾青睞的新能源汽車，但其也存在著如蓄電池的使用壽命短、續(xù)航里程小和動力控制技術(shù)不夠完善等缺陷，這些問題嚴重阻礙著新能源汽車的快速發(fā)展。

2.2 純電動汽車BEV

純電動汽車簡而言之也就是只有一個動力源的新能源汽車，它的動力源是電動機，驅(qū)動能源則來自于蓄電池所供應(yīng)的電能。純電動汽車將混合動力電動汽車的優(yōu)勢發(fā)揮到了極致，做到了噪聲小、不消耗汽油、零排放，是在混合動力電動汽車的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。但是，如前文所述，目前蓄電池存在著一系列的缺陷，這些缺陷也同樣制約著純電動汽車的進一步發(fā)展，并且由于價格昂貴，所以純電動汽車并不被普通居民所青睞，主要的采購商為城市公交。

例如，某新能源汽車的電池參數(shù)如下表1所示。

3 新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)及其難點分析

新能源汽車有整車控制器VCU、電機控制器MCU、電池管理系統(tǒng)BMS等幾個最為核心的模塊，嚴重影響著整車的動力、安全性和經(jīng)濟性。

3.1 整車控制器技術(shù)

整車控制器技術(shù)簡稱VCU技術(shù)，它就好比是汽車的大腦，是新能源汽車的標配模塊，影響著汽車的工作狀態(tài)，在新能源汽車中占據(jù)極其重要的位置。VCU模塊包括硬件電路、底層驅(qū)動程序、應(yīng)用層軟件等核心關(guān)鍵技術(shù)。

在VCU模塊運行的過程中可以對車輛的運行狀態(tài)，如車速、溫度等信息進行及時監(jiān)測，利用多種多樣的傳感器采集駕駛員的操作信息，并分析監(jiān)測結(jié)果，記錄各項指標，高效準確地傳輸指令以確保其及時到達電池系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、車載附件動力控制系統(tǒng)等相應(yīng)的功能區(qū)域，提升汽車電能的利用率，延長汽車壽命。

通過VCU系統(tǒng)可以確定汽車的能量消耗量，合理的VCU系統(tǒng)也有助于汽車能源供應(yīng)的合理分配，這不僅符合節(jié)能的環(huán)保理念，而且有利于提高汽車行駛效率，提升新能源汽車的安全性和穩(wěn)定性。VCU系統(tǒng)與實時監(jiān)控的相似之處是幫助駕駛員全面了解汽車的運行狀況，駕駛員可以通過儀表盤觀察到汽車各個環(huán)節(jié)的運行狀態(tài)，預(yù)測汽車可駕駛路程，判斷汽車是否需要充電、是否處于正常運行狀態(tài)等，保證及時發(fā)現(xiàn)異常情況，并及時解決問題，最大限度保障汽車與駕駛員的安全。舉例來說：在起步階段，若車輛處于斜坡則至少滿足原地不動狀態(tài)的設(shè)定，當車輛處于平面陸地，車輛實現(xiàn)緩開的設(shè)定，這需要VCU快速計算基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩，避免出現(xiàn)溜車現(xiàn)象。

隨著VCU系統(tǒng)的不斷完善，其應(yīng)用于新能源汽車也正在成為一種必然趨勢，這會大大促進新能源汽車的高質(zhì)量發(fā)展。因此，應(yīng)該加大對VCU系統(tǒng)的研究力度，不斷優(yōu)化VCU系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

搭建VCU硬件電路的基礎(chǔ)是標準化核心模塊電路，這個模塊電路是VCU、MCU、DSP三者共用的，展現(xiàn)了很好的可移植性、擴展性和兼容性。

底層軟件是一種開放式汽車控制系統(tǒng)開發(fā)軟件，其開發(fā)基礎(chǔ)是AUTOSAR系統(tǒng)架構(gòu)，這種底層軟件可以實現(xiàn)在同一個平臺上開發(fā)不同的控制系統(tǒng)，并且軟件復(fù)用思想的引入還有效壓縮了開發(fā)周期。

3.2 電機控制器技術(shù)

電機控制器模塊是新能源汽車特有的控制模塊，該模塊由底層驅(qū)動程序、應(yīng)用層控制算法軟件、控制電路、功率電子電路、外殼冷卻系統(tǒng)等構(gòu)成。

電機控制器的工作原理是接收VCU發(fā)送的控制指令，根據(jù)指令來控制電動機的扭矩和轉(zhuǎn)速，從而對電動機進行故障診斷，并能夠存儲和保護所采集到的數(shù)據(jù)。

MCU底層驅(qū)動程序也是基于AUTOSAR系統(tǒng)架構(gòu)和軟件復(fù)用思想來開發(fā)軟件模塊。

MCU的應(yīng)用層軟件包括四個功能模塊，如下表2所示。

3.3 電池管理系統(tǒng)

BMS是保障新能源汽車安全運行的核心部件，在實際應(yīng)用中具有良好的控制效果，工作的展開以電池為中心，能夠有效地控制放電，合理地分配功率，并對功率進行限制。

電池管理系統(tǒng)的功能豐富，具體的功能描述如下：

運行良好的電池管理系統(tǒng)能夠保證蓄電池處于最佳荷電狀態(tài)，從而保證電能的充足，促使汽車穩(wěn)定行駛。

通過電池管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r掃描其他子系統(tǒng)，采集每個子系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，確定其具體的運行狀態(tài)，并能夠?qū)崿F(xiàn)對剩余能量進行顯示、對充電發(fā)方式進行調(diào)控等功能，及時發(fā)現(xiàn)汽車電能不足等異常情況，并出發(fā)自動報警，及時解決問題。

根據(jù)實際的運行狀態(tài)合理調(diào)節(jié)和控制電量，保障新能源汽車的安全性。如在啟動制動模式下，VCU可以自動分析制動踏板的開度以及開度變化率，并且利用輸入VCU硬件寄存器MCUCSR識別復(fù)位條件，最終制定最為合理的制動力矩分配方案。

準確預(yù)測汽車里程數(shù)，保障汽車實際電量。

調(diào)節(jié)車燈亮度以及車內(nèi)溫度。

以上便是電池管理系統(tǒng)的多種功能，要充分發(fā)揮電池管理系統(tǒng)的作用，以促使汽車的安全性，并且還要注意電池的可靠性和安全性。在長期的運行過程中，要定期維護和監(jiān)測電池所受到的不可避免的磨損，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題和故障，還要對電池進行無損充電，要對電池的放電情況進行實時的動態(tài)監(jiān)控，從根本上避免過充問題，從而延長汽車的使用壽命。

BMS模塊和VCU一樣，也包括三大關(guān)鍵核心技術(shù)，但是BMS的硬件電路分為主板和從板兩個部分，主板的工作主要是控制保護繼電器與電氣、評估荷電狀態(tài)值。而從板則完成對單體電流電壓的監(jiān)測，均衡控制電流電壓，主板和從板之間的數(shù)據(jù)是雙向傳輸?shù)摹Ｔ诔潆娺^程中，BMS與充電機共同掌握車輛控制權(quán)，在放電的過程中，BMS通過分析SOC數(shù)據(jù)，確定提供電流。

目前，蓄電池的散熱問題是電池管理系統(tǒng)技術(shù)的難點。針對這個問題，在熱管理的過程中，VCU利用DMC、DEM思路實現(xiàn)與電池包的協(xié)調(diào)處理，通過計算電流信息自動開啟內(nèi)置PTC與風扇降溫，有效保障駕駛?cè)说纳敭a(chǎn)安全。

4 結(jié)語

新能源汽車得到了政府部門、汽車行業(yè)、普通百姓的大力支持，有利于我國汽車行業(yè)于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。目前，新能源汽車的核心技術(shù)逐步趨于成熟，蓄電池的使用壽命和續(xù)航里程也在不斷得到改善和延長，但是新能源汽車還難以超越傳統(tǒng)的燃油汽車成為主力車型，未來二十年內(nèi)，混合動力電動汽車的銷售量將會急速上升，取代傳統(tǒng)燃油汽車。未來，新能源汽車要積極地改善電子技術(shù)，逐步實現(xiàn)智能化，將車聯(lián)網(wǎng)作為新的發(fā)展方向，促進新能源汽車實現(xiàn)更高的飛躍。

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