探析新能源汽車電子控制的關鍵性技術

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，電子控制系統則擔負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車輛信息，便于車主詳盡地掌握車輛行駛狀態，做好行車預判保障行車安全。本文將探析新能源汽車電子控制的關鍵性技術，首先介紹新能源汽車的類型和發展現狀，然后著重討論新能源汽車電子控制技術中的幾個關鍵性技術，包括電池管理系統、電機控制系統、充電系統技術以及能量回收技術。最后，結合當前研究現狀，分析未來新能源汽車電子控制技術發展的趨勢和方向。

關鍵詞：新能源汽車 電子控制 關鍵性技術

1 引言

新能源汽車的電控系統主要由控制算法的電子控制單元、采集信號傳感器、驅動輸出執行元器件等組成，實現了車輛行駛過程中車輛信息的競爭反饋，便于車主根據信息反饋數據作出行車調整。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功能更加豐富，控制單元逐步增多，其結構更加復雜。例如，與傳統汽車相比，新能源汽車的電控單元數量遠多于傳統汽車，不僅包含了傳統汽車的整車動力控制系統、制動防滑控制單元、組合儀表等，還集成了整車控制系統、電池管理系統、電氣控制系統的，為了保證整車系統運轉的正常，需要確保各電控系統之間能夠滿足實時傳輸數據和故障警示的功能，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鍵技術，完成復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展現狀

新能源汽車是一種新型動力系統，完全后主要依靠新能源驅動的汽車，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發展的主要方向，也是我國產業規劃的重點領域，國家出臺了一系列的補貼、免費停車、免費充電等政策不斷推動了我國新能源產業的發展。如《新能源汽車產業發展規劃（2021－2035年）》明確要求將供給性結構改革作為主線，堅持推動電動化、網絡化、智能化的發展方向，實現產業結構的優勢，推動我國新能源汽車產業的高質量發展。但在當前背景下，新能源汽車的推廣應用仍面臨著一系列問題，如電池技術、充電樁設施瓶頸、新能源汽車續航里程、新能源汽車價格偏高、電子控制單元結構復雜技術難度大等問題[1]。從新能源汽車電子控制系統角度來看，若想保證若干個子系統能夠同時保持良好的協作模式，完成能源轉化、方向調整以及各項車載服務，新能源汽車的電子控制系統仍有一定的優化空間，特別是各企業之間電控系統的差異性，未來仍需要不斷加強技術研發和政策支持，推動新能源汽車技術的不斷創新和進步。

3 電子控制技術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較多，關乎著汽車運行的各個方面，電子控制系統運行的質量和穩定性，直接關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，進一步提升了電子控制系統在新能源汽車中的地位與作用。首先，電子控制技術是新能源汽車實現智能化和自動化的基礎，能夠提高新能源汽車的安全性、可靠性和駕駛體驗。其次，電子控制技術可以實現新能源汽車的能量管理，提高能源利用效率，從而增加車輛的續航里程。其三，電子控制系統依據汽車的傳感器，能夠對汽車運行情況進行實時監控，及時發現車輛運行中的隱患問題，為駕駛人員提供安全預警。其四，電子控制技術還可以實現新能源汽車的充電管理，方便用戶的使用和充電?？傊?，電子控制技術在新能源汽車的發展中起著至關重要的作用，是新能源汽車實現可持續發展和技術創新的關鍵。

4 新能源汽車電子控制的關鍵性技術分析

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

4.1 整車控制系統

整車控制系統在新能源汽車中負責汽車的正常行駛、制動能量回饋、整車發動機及動力電池的能量管理、網絡管理、故障診斷及處理、車輛狀態監控等，是新能源汽車中的核心控制系統。其運行原理如下：整車控制器接收來自各傳感器和執行器的輸入信息，經過處理后發出指令，控制各執行器工作，實現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進行通信，實現整車的網絡化管理，包括信息傳輸、故障診斷和網絡監控等。整車控制系統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，整車控制系統會對汽車電池電量的變化、行駛里程、行駛狀態作出反饋，通過電控單元向各功能板塊下達控制指令，動力系統進行調整，達到延長車輛行駛里程的目的。此外，該系統具有遠程監控功能，在車輛行駛過程中對于部分零部件的突發性故障，會由遠程控制系統傳輸至維修站點，由專業技師對駕駛人員提供技術指導，并且隨著相關技術的完善，不同控制系統的功能逐步豐富，整車控制系統的功能將更加強大[2]。

4.2 電機控制系統

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

電池是新能源汽車車載動力驅動汽車的關鍵，依靠電池管理系統能夠對不同個體電池的溫度、電壓、電流等數據進行收集，實現同步管理，保持電池的一致性，同時監控電池的充電和放電狀態，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，電池管理系統用于監控電池的工作狀態，防止電池出現過充、過放、過流和高溫等狀況，從而保護電池，提高電池的使用壽命和安全性，如果在充電過程中，系統檢測到電池處于過充狀態，會及時發出報警信息，提醒駕駛人員及時切斷電源。簡而言之，新能源汽車電子控制系統中，電池管理系統的主要功能是對電池的運行狀態進行數據采集、檢測分析、電池組功能優化，電池管理系統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]?？傊?，電池管理系統在新能源汽車中的應用可以提高車輛的續航里程和安全性，延長電池的壽命和性能，是新能源汽車實現可持續發展和技術創新的重要保障。

4.4 充電控制系統

該系統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，充電控制系統可以通過CAN總線與充電樁相連，并通過有線網絡或無線網絡（GPRS/CDMA/3G/WiFi）方式與主站后臺服務器相連，實現充電數據的采集和查詢、充電交易數據的存儲等功能。其次，充電控制系統可以實現遠程升級集中器程序以及充電樁程序，并具有參數設置、自檢、自恢復、信道可靠、通信數據準確性高、維護工作量小等特點。此外，充電控制系統還可以對充電樁和電池進行監控和管理，防止電池出現過充、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?？傊?，充電控制系統在新能源汽車中的應用可以提高車輛的續航里程和安全性，延長電池的壽命和性能，是新能源汽車實現可持續發展和技術創新的重要保障。這些技術是新能源汽車的重要組成部分，它們的優化和創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的發展方向

5.1 電池管理技術的優化

電池管理系統是新能源汽車電子控制技術的重要組成部分，未來將繼續得到優化和改進。例如，隨著人工智能和機器學習技術的發展，電池管理系統將更加智能化和自適應，能夠更好地適應不同的駕駛模式和路況。此外，電池管理技術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 電機控制技術的創新

電機控制系統是新能源汽車電子控制的另一個重要技術，現在使用的電機驅動系統主要包括開關磁阻電機、永磁同步電機以及感應電機三大類，在未來電機控制技術得到不斷創新和改進，使用智能傳感器、感應電動機、可視系統、絕緣雙極型晶體管集成模板等技術的應用，使得電機控制系統基于先進的控制算法，提升傳感器的智能化水平，確保新能源汽車電機系統運行更加安全高效。

5.3 充電技術的智能化

充電問題是制約新能源汽車發展的瓶頸技術，不僅僅體現在充電效率問題，更主要的是新能源汽車電池充電過程中數據通訊不規范，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應用，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以及充電樁管理時并未安裝絕緣檢測設備。在未來充電技術將更加自動化、智能化，特別是無線充電技術和超級充電技術的發展應用，將極大地提升充電效率，例如使用智能充電技術，可根據車輛的行駛軌跡和電池狀態，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。但在相關技術應用過程中，仍需要各類廠家能夠統一行業規范，落實行業技術標準，為后期技術開發應用奠定基礎。

5.4 能量回收技術的多樣化

能量回收技術是新能源汽車電子控制中不可或缺的一環，未來將得到多樣化的發展和完善。例如，多種能量回收方式將同時存在，包括機械能回收、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，能量回收技術還將更加智能化，能夠根據不同的行駛狀態和電池狀態，選擇最佳的能量回收方式和充電方式。

5.5 自動駕駛技術的融合

未來新能源汽車發展將呈現智能化和自動化的特征，自動駕駛技術是新能源汽車電動控制技術研究的重點方向。從當前自動駕駛技術的發展分析來看，自動駕駛技術的應用需要是基于先進的傳感器技術、緊急制動技術、路徑規劃系統等技術，能夠利用汽車自身的攝像機，掃描儀，雷達等儀器設備將周邊的環境轉換為抽象的模擬圖，由中央控制系統處理后，變為虛擬圖像，結合汽車方向剎車等相關系統實現智能駕駛。需要新能源汽車的自動控制系統具有環境感知能力、中央數據分析能力、處理模塊、指令執行模塊的控制能力、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也將更加復雜和高效。自動駕駛技術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將與自動駕駛技術相互融合，共同推動未來智能交通的發展。

6 結語

綜上所述，新能源汽車作為未來汽車行業的發展方向，我國的新能源汽車技術層次研發應用相對完善，特別是新能源汽車的電子控制技術走在世界前列，但相關技術應用研發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、電機控制技術、充電技術、整車技術的分析應用，明確了新能源汽車未來電控技術發展的主要方向和發展趨勢，相信通過新能源汽車技術的進一步將進一步提升新能源汽車運行的安全性和穩定性，加速新能源汽車在全球市場的推廣與普及，更好地促進我國汽車產業的轉型升級。

參考文獻：

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

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

[3]時宣華 . 電子技術在新能源汽車上的應用 [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鍵性技術芻議［J］.內燃機與配件，2020，23（8）：223-224.

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

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