電子技術在新能源汽車上的應用

時宣華

(江蘇聯合職業技術學院揚州分院，江蘇 揚州 225003)

0 前言

近年來，電子技術在汽車領域，特別是在新能源汽車領域得到廣泛應用。例如，運用電子元件控制汽車設備，可實現車輛高效、卓越的響應性。基于電子控制技術的汽車指示燈、照明燈、方向盤、雨刮器、揚聲器及其他汽車設備，其性能有很大的提高。

1 新能源汽車發展的困境

1.1 市場發展不均衡

中國新能源汽車的應用多集中于一線城市，這是因為一線城市擁有較多的充電樁，新能源汽車購車補貼力度相對較大。三、四線城市的消費者對購買新能源汽車持觀望態度，主要有2方面原因：① 三、四線城市擁有的充電樁數量相對較少，難以滿足用戶的日常需求。與燃油汽車加燃油時間相比，新能源汽車充電時間較長，時間成本較大。② 消費者認為政府給與的新能源汽車購車補貼力度不大，購買成本高于燃油汽車。因此，目前國內新能源汽車市場呈現不同城市發展不均衡的狀況。

1.2 核心技術缺乏

新能源汽車經歷了實用知識、開發創新、市場推廣和共同開發等4個發展階段。節能減排一直都是新能源汽車推廣的標簽。經過多年發展，我國新能源汽車從不同技術路線出發探索了節能減排解決方案，推動了新能源汽車動力系統的革新，為節能減排作出了貢獻。但是，僅靠環保這個標簽仍不足以讓新能源汽車在傳統汽車行業中獲得較大的競爭優勢，新能源汽車的核心技術才是其發展的基礎。新能源汽車核心技術是動力電池技術，盡管我國建立了電池技術研發中心和實驗室，但與歐美等發達國家相比，新能源汽車仍缺乏核心技術。

1.3 扶持政策體系不完整

國家相關扶持政策力度對新能源汽車的發展有著重大影響。中國實施新能源汽車補貼政策多年，對新能源汽車市場的發展起到了積極的促進作用，增強了新能源汽車產業的競爭力。然而，隨著政府補貼政策的變化，人們對新能源汽車的購買意愿快速下降。

2 新能源汽車電子技術應用的重要性

汽車電子控制系統較為復雜。在傳統汽車中，電子控制系統中的傳感器和電子控制設備被作為載體，對車輛的運行過程進行有效監控，降低了能耗和廢氣排放。隨著汽車領域電子應用技術的發展，先進的電子傳感器已被廣泛應用在汽車的電子控制單元，而網絡技術和智能控制等電子技術也成為了新能源汽車發展的基礎。

目前，新能源汽車以純電動汽車和混合動力汽車為主。在20世紀初，新能源汽車就已被研發出來，但因沒有掌握電子控制及電池發電與儲能等技術，新能源汽車在此后的百年內發展緩慢。20世紀80年代，半導體技術取得了突破，半導體器件制造業飛速發展，電池和電子控制裝置的性能也逐步穩定，從而促進新能源汽車進入發展的新時代。隨著新材料和新制造工藝的應用，動力電池的能量密度越來越高，使純電驅動成為可能。由于電池內單體發熱和老化等問題會影響電池組的整體性能，因此需要運用電子技術對每個電池單體進行監測，控制電池組的能量輸出和散熱系統的工作，提高了電池使用效率和壽命。

3 電子技術在新能源汽車行業的應用

3.1 電子技術的發展

為了滿足人們出行的需求，要不斷提高汽車運行的穩定性、安全性、舒適性，降低燃油耗和廢氣排放，因而汽車會不斷增加各種電子設備，使現代車輛的電氣系統更加復雜，使用的電子元器件更多。

電氣工程的發展可分為傳統電氣工程及現代電子和電氣工程兩個階段。傳統的電子設備主要由二極管和晶閘管組成，是早期電力電子儀器中最具代表性的器件，具有高成品率和低功耗等優勢。現代電子和電氣設備則集成了電氣自動化技術，由相關元器件和控制系統組成，對提升企業生產效率，促進企業智能自動化發展具有重要作用。與傳統的電子技術不同，現代電子技術更適合現代工業發展的要求。關于電氣自動化技術的研究和推廣應用，我國制定了詳細的計劃，特別是分布式控制系統的研究和應用。目前，我國在電氣自動化技術研究的基礎上，推出了快速晶閘管、逆變晶閘管和雙向晶閘管等相關設備，電子技術也正朝著高頻應用技術、模塊化硬件結構和綠色產品性能等方向發展。

在新能源汽車行業中，電動汽車電子技術涵蓋了直流-直流(DC-DC)和直流-交流(DC-AC)的所有變換，具有較高的應用價值。

3.2 電子技術的應用

電動汽車技術與電子技術有著密切的關系，其技術關鍵點如圖1所示。

圖1 電子技術與電動汽車技術的關系

電動調速系統一般包括直流電動機的斬波器和交流電機的逆波器。與傳統汽車相比，在電動汽車上主要增加了斬波器、逆變器、能量轉換器、電機及其驅動控制系統。

斬波器的工作方式有2種：① 脈寬調制方式。調制周期不變，改變每次開關接通的時間。② 頻率調制方式。每次開關接通的時間不變，改變調制周期(易產生干擾)。目前，電動汽車主要由直流電機驅動。

電動汽車的電機通常采用永磁同步電機矢量控制方式(圖2)。在矢量控制下，通過切換處理來控制交流電機的功率和轉矩。直流電機在保持磁場方向的同時模擬轉矩控制，使交流電機的動態功率與直流電機的動態功率相當。電動汽車電機在基本轉速下的運行被稱為恒轉矩運行，最大轉矩控制則用于插入式磁同步電機的轉矩響應，可提高電機的負載能力和車輛性能，使車輛適應加速、負載爬坡、頻繁啟動停止等復雜工況。在控制驅動器效率方面，通過對脈沖寬度的空間矢量寬度進行調制，將電機變成具有恒定振幅的圓形旋轉磁場，并以三相對稱正弦電壓下永磁同步電機的理想流量循環為測量基準，利用逆變器不同開關方式產生的有效流量矢量來跟蹤理想流量循環。

圖2 永磁同步電機矢量控制簡圖

為滿足消費者的需求和提升消費者的駕駛體驗，汽車制造商在電動汽車電力驅動方面進行了技術創新，提高了車輛的性能。圖3為電動汽車電力驅動系統功能模塊示意圖。

圖3 電動汽車電力驅動系統功能模塊示意圖

在消費者選購汽車時，汽車安全性是重要的參考指標。電子信息技術在汽車安全系統中被廣泛應用，主要體現在移動網絡通信或全球定位系統方面。集成的安全系統主要由傳感器和控制器組成，先進的電子集成技術和信息化技術可以確保汽車在行駛過程中的安全。

引發交通事故的原因不僅有汽車自身的不確定因素，還有駕駛員的操作、道路狀況和天氣等因素。汽車主動安全系統是相互制約的系統技術(圖4)。

圖4 汽車主動安全系統示意圖

構建以計算機和通信技術為核心的主動安全系統，用以協調人、車輛和環境之間的相互作用，并使各自特性達到最佳匹配，確保車輛實現安全、高效和舒適的駕駛。隨著車輛中電氣部件的增多，通過提升發電部件的功率和效率，車輛性能、安全性和功能也得到較大的改善。

4 結語

在現代汽車設計和制造中，電子信息技術和人工智能技術的應用越來越廣，汽車的生產制造開始向電子化、智能化方向發展，汽車的整體性能得到了極大提升。現代電子技術在新能源汽車上的運用，使其在降低污染和噪聲、提高智能化程度方面有很大的改善，是未來電動汽車電氣驅動系統的發展方向。