探析新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)

陳沛　王小林

摘 要：新能源汽車的動力輸出主要依靠電池與電機(jī)，電子控制系統(tǒng)則擔(dān)負(fù)著汽車實時控制和動力牽引，在汽車運行過程中能夠為車主傳達(dá)車輛信息，便于車主詳盡地掌握車輛行駛狀態(tài)，做好行車預(yù)判保障行車安全。本文將探析新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)，首先介紹新能源汽車的類型和發(fā)展現(xiàn)狀，然后著重討論新能源汽車電子控制技術(shù)中的幾個關(guān)鍵性技術(shù)，包括電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)技術(shù)以及能量回收技術(shù)。最后，結(jié)合當(dāng)前研究現(xiàn)狀，分析未來新能源汽車電子控制技術(shù)發(fā)展的趨勢和方向。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 電子控制 關(guān)鍵性技術(shù)

1 引言

新能源汽車的電控系統(tǒng)主要由控制算法的電子控制單元、采集信號傳感器、驅(qū)動輸出執(zhí)行元器件等組成，實現(xiàn)了車輛行駛過程中車輛信息的競爭反饋，便于車主根據(jù)信息反饋數(shù)據(jù)作出行車調(diào)整。隨著人們對新能源汽車安全性和功能性要求的提升，使得汽車中的電子控制系統(tǒng)功能更加豐富，控制單元逐步增多，其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。例如，與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車的電控單元數(shù)量遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)汽車，不僅包含了傳統(tǒng)汽車的整車動力控制系統(tǒng)、制動防滑控制單元、組合儀表等，還集成了整車控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)的，為了保證整車系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的正常，需要確保各電控系統(tǒng)之間能夠滿足實時傳輸數(shù)據(jù)和故障警示的功能，確保各單元運行的可靠性，保障新能源汽車的安全影響。為此，分析研究新能源汽車電子控制的關(guān)鍵技術(shù)，完成復(fù)雜的智能控制和故障診斷，對提升新能源汽車整車的安全性和可靠性有著重要的意義。

2 新能源汽車的類型和發(fā)展現(xiàn)狀

新能源汽車是一種新型動力系統(tǒng)，完全后主要依靠新能源驅(qū)動的汽車，如純電動汽車、插電式混合動力汽車、增程式混合動力汽車等。新能源汽車是未來汽車行業(yè)發(fā)展的主要方向，也是我國產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的重點領(lǐng)域，國家出臺了一系列的補(bǔ)貼、免費停車、免費充電等政策不斷推動了我國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021－2035年）》明確要求將供給性結(jié)構(gòu)改革作為主線，堅持推動電動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展方向，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，推動我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。但在當(dāng)前背景下，新能源汽車的推廣應(yīng)用仍面臨著一系列問題，如電池技術(shù)、充電樁設(shè)施瓶頸、新能源汽車?yán)m(xù)航里程、新能源汽車價格偏高、電子控制單元結(jié)構(gòu)復(fù)雜技術(shù)難度大等問題[1]。從新能源汽車電子控制系統(tǒng)角度來看，若想保證若干個子系統(tǒng)能夠同時保持良好的協(xié)作模式，完成能源轉(zhuǎn)化、方向調(diào)整以及各項車載服務(wù)，新能源汽車的電子控制系統(tǒng)仍有一定的優(yōu)化空間，特別是各企業(yè)之間電控系統(tǒng)的差異性，未來仍需要不斷加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和政策支持，推動新能源汽車技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步。

3 電子控制技術(shù)對新能源汽車的重要性

新能源汽車作為純電動汽車，整車電子元器件以及電子控制系統(tǒng)較多，關(guān)乎著汽車運行的各個方面，電子控制系統(tǒng)運行的質(zhì)量和穩(wěn)定性，直接關(guān)系著駕駛體驗與行車安全，并且隨著新能源汽車自動化、智能化、集成化等要求的提出，進(jìn)一步提升了電子控制系統(tǒng)在新能源汽車中的地位與作用。首先，電子控制技術(shù)是新能源汽車實現(xiàn)智能化和自動化的基礎(chǔ)，能夠提高新能源汽車的安全性、可靠性和駕駛體驗。其次，電子控制技術(shù)可以實現(xiàn)新能源汽車的能量管理，提高能源利用效率，從而增加車輛的續(xù)航里程。其三，電子控制系統(tǒng)依據(jù)汽車的傳感器，能夠?qū)ζ囘\行情況進(jìn)行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)車輛運行中的隱患問題，為駕駛?cè)藛T提供安全預(yù)警。其四，電子控制技術(shù)還可以實現(xiàn)新能源汽車的充電管理，方便用戶的使用和充電。總之，電子控制技術(shù)在新能源汽車的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，是新能源汽車實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵。

4 新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)分析

新能源汽車在運行過程中需要使用電子控制單元，對整車系統(tǒng)的運行進(jìn)行支配，更好地整車運行進(jìn)行調(diào)配控制。新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)包括整車控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)和充電控制系統(tǒng)，提升了新能源汽車的整車功能。

4.1 整車控制系統(tǒng)

整車控制系統(tǒng)在新能源汽車中負(fù)責(zé)汽車的正常行駛、制動能量回饋、整車發(fā)動機(jī)及動力電池的能量管理、網(wǎng)絡(luò)管理、故障診斷及處理、車輛狀態(tài)監(jiān)控等，是新能源汽車中的核心控制系統(tǒng)。其運行原理如下：整車控制器接收來自各傳感器和執(zhí)行器的輸入信息，經(jīng)過處理后發(fā)出指令，控制各執(zhí)行器工作，實現(xiàn)車輛的正常行駛和能量回收。同時，整車控制器還需要與各子系統(tǒng)進(jìn)行通信，實現(xiàn)整車的網(wǎng)絡(luò)化管理，包括信息傳輸、故障診斷和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等。整車控制系統(tǒng)的性能和可靠性直接影響著新能源汽車的安全性、可靠性和駕駛體驗。例如，在汽車行駛過程中，整車控制系統(tǒng)會對汽車電池電量的變化、行駛里程、行駛狀態(tài)作出反饋，通過電控單元向各功能板塊下達(dá)控制指令，動力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到延長車輛行駛里程的目的。此外，該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，在車輛行駛過程中對于部分零部件的突發(fā)性故障，會由遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)傳輸至維修站點，由專業(yè)技師對駕駛?cè)藛T提供技術(shù)指導(dǎo)，并且隨著相關(guān)技術(shù)的完善，不同控制系統(tǒng)的功能逐步豐富，整車控制系統(tǒng)的功能將更加強(qiáng)大[2]。

4.2 電機(jī)控制系統(tǒng)

電機(jī)控制系統(tǒng)在新能源汽車中是連接電池與電機(jī)的電能轉(zhuǎn)換單元，可以提高行車驅(qū)動效率、行駛安全和行駛穩(wěn)定性，是新能源汽車的核心。首先，電機(jī)控制系統(tǒng)可以根據(jù)車輛的不同行駛工況，選取最適合的驅(qū)動形式（四輪獨立驅(qū)動、前輪驅(qū)動或后輪驅(qū)動），在系統(tǒng)運行過程中傳感器會獲取整車行駛狀態(tài)信息，對運行過程中車輛所受阻力情況進(jìn)行分析，在電力電子變流器的調(diào)節(jié)和控制下，輔助調(diào)整汽車的行駛狀態(tài)，以獲得最佳的驅(qū)動力和車速，從而提高車輛的加速性、穩(wěn)定性和舒適性。其次，電機(jī)控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)再生制動，在車輛制動時將車輛動能轉(zhuǎn)化為電能并反饋回電池，從而減少制動系統(tǒng)的磨損并提高能源利用效率。其三，電機(jī)控制系統(tǒng)還可以通過轉(zhuǎn)矩控制方法，使車輛在遭受意外障礙物或打滑等情況下，快速平穩(wěn)地實現(xiàn)驅(qū)動力和制動力之間的切換，以保證車輛的行駛安全[3]。

4.3 電池管理系統(tǒng)

電池是新能源汽車車載動力驅(qū)動汽車的關(guān)鍵，依靠電池管理系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌瑐€體電池的溫度、電壓、電流等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，實現(xiàn)同步管理，保持電池的一致性，同時監(jiān)控電池的充電和放電狀態(tài)，防止電池過度充電或過度放電，以確保電池的安全和壽命。電池管理系統(tǒng)主要有充放電控制模塊、功率分配/限制模塊等組成，電池管理系統(tǒng)用于監(jiān)控電池的工作狀態(tài)，防止電池出現(xiàn)過充、過放、過流和高溫等狀況，從而保護(hù)電池，提高電池的使用壽命和安全性，如果在充電過程中，系統(tǒng)檢測到電池處于過充狀態(tài)，會及時發(fā)出報警信息，提醒駕駛?cè)藛T及時切斷電源。簡而言之，新能源汽車電子控制系統(tǒng)中，電池管理系統(tǒng)的主要功能是對電池的運行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、檢測分析、電池組功能優(yōu)化，電池管理系統(tǒng)可以均衡電池組中的單體電池，使得電池組中所有單體電池的電量保持均衡，還可以預(yù)測電池的剩余電量，防止電池過度充電或過度放電，從而保持電池的性能和壽命[4]。總之，電池管理系統(tǒng)在新能源汽車中的應(yīng)用可以提高車輛的續(xù)航里程和安全性，延長電池的壽命和性能，是新能源汽車實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的重要保障。

4.4 充電控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要用于控制新能源汽車的充電過程，包括充電時間和充電電流的大小，以確保電池的充電和放電安全。首先，充電控制系統(tǒng)可以通過CAN總線與充電樁相連，并通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)（GPRS/CDMA/3G/WiFi）方式與主站后臺服務(wù)器相連，實現(xiàn)充電數(shù)據(jù)的采集和查詢、充電交易數(shù)據(jù)的存儲等功能。其次，充電控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程升級集中器程序以及充電樁程序，并具有參數(shù)設(shè)置、自檢、自恢復(fù)、信道可靠、通信數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高、維護(hù)工作量小等特點。此外，充電控制系統(tǒng)還可以對充電樁和電池進(jìn)行監(jiān)控和管理，防止電池出現(xiàn)過充、過放、過流和高溫等狀況，從而提高電池的使用壽命和安全性。總之，充電控制系統(tǒng)在新能源汽車中的應(yīng)用可以提高車輛的續(xù)航里程和安全性，延長電池的壽命和性能，是新能源汽車實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的重要保障。這些技術(shù)是新能源汽車的重要組成部分，它們的優(yōu)化和創(chuàng)新將有助于提高新能源汽車的性能和可靠性[5]。

5 未來新能源汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展方向

5.1 電池管理技術(shù)的優(yōu)化

電池管理系統(tǒng)是新能源汽車電子控制技術(shù)的重要組成部分，未來將繼續(xù)得到優(yōu)化和改進(jìn)。例如，隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，電池管理系統(tǒng)將更加智能化和自適應(yīng)，能夠更好地適應(yīng)不同的駕駛模式和路況。此外，電池管理技術(shù)還將更加注重電池的輕量化和小型化，以降低車輛的能耗和排放。

5.2 電機(jī)控制技術(shù)的創(chuàng)新

電機(jī)控制系統(tǒng)是新能源汽車電子控制的另一個重要技術(shù)，現(xiàn)在使用的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要包括開關(guān)磁阻電機(jī)、永磁同步電機(jī)以及感應(yīng)電機(jī)三大類，在未來電機(jī)控制技術(shù)得到不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，使用智能傳感器、感應(yīng)電動機(jī)、可視系統(tǒng)、絕緣雙極型晶體管集成模板等技術(shù)的應(yīng)用，使得電機(jī)控制系統(tǒng)基于先進(jìn)的控制算法，提升傳感器的智能化水平，確保新能源汽車電機(jī)系統(tǒng)運行更加安全高效。

5.3 充電技術(shù)的智能化

充電問題是制約新能源汽車發(fā)展的瓶頸技術(shù)，不僅僅體現(xiàn)在充電效率問題，更主要的是新能源汽車電池充電過程中數(shù)據(jù)通訊不規(guī)范，許多廠家在充電繼電器粘連過程中，缺少對其診斷功能的開發(fā)應(yīng)用，部分廠家為了減少成本而刪除此類功能，對于新能源電池系統(tǒng)以及充電樁管理時并未安裝絕緣檢測設(shè)備。在未來充電技術(shù)將更加自動化、智能化，特別是無線充電技術(shù)和超級充電技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，將極大地提升充電效率，例如使用智能充電技術(shù)，可根據(jù)車輛的行駛軌跡和電池狀態(tài)，自動選擇電池充電時間和充電方式，為用戶提供更加舒適安全的充電服務(wù)。但在相關(guān)技術(shù)應(yīng)用過程中，仍需要各類廠家能夠統(tǒng)一行業(yè)規(guī)范，落實行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為后期技術(shù)開發(fā)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

5.4 能量回收技術(shù)的多樣化

能量回收技術(shù)是新能源汽車電子控制中不可或缺的一環(huán)，未來將得到多樣化的發(fā)展和完善。例如，多種能量回收方式將同時存在，包括機(jī)械能回收、電磁能回收、聲能回收等，以滿足不同車型和不同路況的能量回收需求。此外，能量回收技術(shù)還將更加智能化，能夠根據(jù)不同的行駛狀態(tài)和電池狀態(tài)，選擇最佳的能量回收方式和充電方式。

5.5 自動駕駛技術(shù)的融合

未來新能源汽車發(fā)展將呈現(xiàn)智能化和自動化的特征，自動駕駛技術(shù)是新能源汽車電動控制技術(shù)研究的重點方向。從當(dāng)前自動駕駛技術(shù)的發(fā)展分析來看，自動駕駛技術(shù)的應(yīng)用需要是基于先進(jìn)的傳感器技術(shù)、緊急制動技術(shù)、路徑規(guī)劃系統(tǒng)等技術(shù)，能夠利用汽車自身的攝像機(jī)，掃描儀，雷達(dá)等儀器設(shè)備將周邊的環(huán)境轉(zhuǎn)換為抽象的模擬圖，由中央控制系統(tǒng)處理后，變?yōu)樘摂M圖像，結(jié)合汽車方向剎車等相關(guān)系統(tǒng)實現(xiàn)智能駕駛。需要新能源汽車的自動控制系統(tǒng)具有環(huán)境感知能力、中央數(shù)據(jù)分析能力、處理模塊、指令執(zhí)行模塊的控制能力、方向識別和政策方位距離偵測等功能，基于先進(jìn)的定位和算法，依靠高精度的地圖，為汽車行駛提供最新最具體的路況信息[6]。未來的新能源汽車將更加智能化和自動化，車輛的電子控制系統(tǒng)也將更加復(fù)雜和高效。自動駕駛技術(shù)能夠提高新能源汽車的能源利用效率和行駛安全性，同時還能降低車輛的能耗和排放。因此，未來的新能源汽車電子控制技術(shù)將與自動駕駛技術(shù)相互融合，共同推動未來智能交通的發(fā)展。

6 結(jié)語

綜上所述，新能源汽車作為未來汽車行業(yè)的發(fā)展方向，我國的新能源汽車技術(shù)層次研發(fā)應(yīng)用相對完善，特別是新能源汽車的電子控制技術(shù)走在世界前列，但相關(guān)技術(shù)應(yīng)用研發(fā)過程中仍存在一些問題。筆者通過對新能源汽車電池管理技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、充電技術(shù)、整車技術(shù)的分析應(yīng)用，明確了新能源汽車未來電控技術(shù)發(fā)展的主要方向和發(fā)展趨勢，相信通過新能源汽車技術(shù)的進(jìn)一步將進(jìn)一步提升新能源汽車運行的安全性和穩(wěn)定性，加速新能源汽車在全球市場的推廣與普及，更好地促進(jìn)我國汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊楠 ， 趙婧 . 新能源汽車電控技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展研究 [J].專用汽車 ，2022（11）：22-24.

[2]計端，劉衛(wèi). 新能源汽車電子控制技術(shù)要點優(yōu)化分析 [J].汽車與新動力 ，2022，5（05）：25-27.

[3]時宣華 . 電子技術(shù)在新能源汽車上的應(yīng)用 [J]. 汽車與新動力 ，2022，5（04）：30-32.

[4]薛燁，韋利.新能源汽車電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)芻議［J］.內(nèi)燃機(jī)與配件，2020，23（8）：223-224.

[5]章文宗.新能源汽車維修中電子診斷技術(shù)的應(yīng)用［J］.汽車實用技術(shù)，2020，14（2）：210-212.

[6]高源.新能源汽車維修中電子診斷技術(shù)的關(guān)鍵點分析［J］.內(nèi)燃機(jī)與配件，2020，12（8）：159-160.