探究新能源汽車電控技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

劉曉鳴

摘 要：我國經(jīng)濟水平的快速提升帶動了汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，而隨著可持續(xù)發(fā)展理念的提出，汽車行業(yè)在制造汽車時也不再僅僅追求汽車的舒適度，對新能源汽車的研發(fā)工作也逐漸開展起來。本文就針對新能源汽車電控技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行簡要的分析。

關鍵詞：新能源汽車；電控技術；發(fā)展現(xiàn)狀；趨勢

引言

在國家的發(fā)展過程中，也需要不斷的創(chuàng)新。隨著近些年我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車數(shù)量越來越多，不僅給交通和環(huán)境帶來了極大壓力，我國的石油資源也在逐漸的減少。在這一背景下，汽車行業(yè)為了秉承可持續(xù)發(fā)展理念，在汽車設計和制造過程中，逐漸開展了新能源汽車的研發(fā)工作，并取得了不錯的成效。本文就主要針對新能源汽車的電控技術進行分析。

1新能源汽車電控技術的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著人類社會的快速發(fā)展，工業(yè)水平快速進步，而自然環(huán)境中一些不可再生能源物質(zhì)數(shù)量也在逐漸減少，能源大量消耗也為生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力，而汽車作為石油資源消耗的主要途徑，也應該做出相應的變革。就當前汽車行業(yè)發(fā)展來看，新能源汽車已經(jīng)成為了未來的主要發(fā)展方向，而未來技術研發(fā)的主要方向包括了燃料電池技術、電動技術等新能源技術，而在實現(xiàn)這一新能源過程中，重要的過渡階段就是當前的插電式混合動力、油電混合式動力汽車。但就新能源汽車的發(fā)展來看，在關鍵技術、基礎設施建設、消費者接受度、汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型等方面都還不夠成熟。

在新能源汽車領域，歐美、日本等國家起步較早，技術也更為成熟，且都有各自的關鍵技術方向。舉例來講，美國強調(diào)拜托汽車對石油的依賴，保護石油資源，而日本則強調(diào)能源安全并注重自身產(chǎn)業(yè)競爭力的提升。還有歐美國家，他們的新能源汽車更重視減少二氧化碳的排放，而當前歐洲國家在新能源汽車研發(fā)工作中最主要驅(qū)動力也是對日益嚴格的二氧化碳排放限制要求予以滿足。

就歐洲國家而言，在早期研發(fā)的新能源汽車中，主要的燃料包括天然氣、生物質(zhì)燃料、氫燃料等等，并提出了在2022年以新能源代替掉以往23%的石油消耗。近一段時期，歐洲對電動汽車逐漸重視起來，在2009年下半年，德國提出了電動汽車計劃，對純電驅(qū)動能源汽車作為主要發(fā)展方向，并對2012年、2016年、2020年進行了分階段產(chǎn)業(yè)目標的制定。在新能源汽車研發(fā)方面，歐美、日本等國家的發(fā)展經(jīng)歷類似，最初都是選擇替代燃料的研發(fā)思路，歐洲和美國都曾使用生物質(zhì)燃料來替代傳統(tǒng)汽車燃油。但目前這些國家都逐漸將純電能作為新能源汽車的主要研發(fā)方向，尤其是美國在經(jīng)歷金融危機之后，更是將插電式混合動力汽車作為了新能源汽車短期規(guī)劃中的主要發(fā)展目標。而與美國和日本相比，歐洲則對溫濕氣體減排戰(zhàn)略十分重視，而減少二氧化碳排放也是其研發(fā)新能源汽車的主要目的。

2新能源汽車電控技術的發(fā)展趨勢

隨著新能源汽車研發(fā)工作的逐漸開展，電力電子技術逐步得到應用并改變了汽車的電力系統(tǒng)，形成了新能源汽車電力傳動電氣裝置，相比于傳統(tǒng)汽車低功率低壓的輔助電氣裝置，其具備效率更高、噪音更小、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。其中，電機控制系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、能源回饋系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等是未來新能源汽車電控系統(tǒng)的主要構成部分。

2.1電池管理系統(tǒng)的發(fā)展

電池一致性問題隨著電池管理系統(tǒng)的應用而得以解決，同時也實現(xiàn)了電動汽車和車載動力電池之間的高效連接，在電池系統(tǒng)在動力電池組的支持下也能夠為汽車提供可靠的動力。工作原理表現(xiàn)為：對各個電池單體進行協(xié)調(diào)，密切監(jiān)控電池的電流、溫度、電壓等傳感器信號，從而避免由于溫度、電壓、電流過高而產(chǎn)生危險。

與傳統(tǒng)多電芯電源管理產(chǎn)品、二次電池、內(nèi)燃機汽車電力系統(tǒng)等電池系統(tǒng)相比，電池管理系統(tǒng)雖然成本比較高，但子比亞迪、中國寶安、成飛集團等汽車廠商中，新能源汽車電池管理系統(tǒng)卻還是具備領先的市場地位和行業(yè)口碑。

應用電池管理系統(tǒng)的新能源汽車，唯一的動力就是車用蓄電池，當前主要使用的電池包括鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鉻電池等等，其中能量密度和電壓平臺都較高的是鋰離子電池，也是新能源汽車未來最理想的能源，但目前急需解決的一個問題就是鋰離子電池的使用壽命和安全性。

2.2電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的發(fā)展

在新能源汽車電控系統(tǒng)中，電機驅(qū)動控制系統(tǒng)是驅(qū)動系統(tǒng)的核心，直接影響汽車的正常運行，系統(tǒng)主要分為機械和電器兩個部分。電氣系統(tǒng)是電機驅(qū)動系統(tǒng)的關鍵，主要由控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動機等幾個部分共同組成，驅(qū)動電機的性能和功率會直接影響電動汽車的啟動速度和時速快慢。就當前電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)情況來看，電控系統(tǒng)在普通直流電機電刷工作中還是會收到電磁輻射干擾的影響，普通直流電機的散熱也較為困難，但一些電動汽車產(chǎn)業(yè)仍然選擇該項技術，比如意大利亞飛特公司的900E/E2、日本東京大學UOT電動汽車；同時，F(xiàn)ord 公司生產(chǎn)的Ranger 電動汽車、美國通用的 TMPACT 和 EV1 電動汽車等等，都是采用交流電機機控制系統(tǒng)作為新能源技術的；而在我國哈爾濱工業(yè)大學的新能源汽車研發(fā)工作中，則是研發(fā)了多態(tài)電機驅(qū)動控制系統(tǒng)，這在電動汽車領域的應用前景也是極具潛力的；在新能源汽車電控系統(tǒng)中，永磁電機驅(qū)動控制系統(tǒng)是應用最多的，PWM控制技術和永磁無刷直流電機控制技術是其主要技術，可以實現(xiàn)電機優(yōu)良的調(diào)速性能，而隨著電力電子技術快速發(fā)展所帶來的IGBT等功率模塊，永磁直流電機調(diào)速控制系統(tǒng)的技術水平也得到了進一步提升。

2.3能源回饋系統(tǒng)的發(fā)展

在新能源汽車開發(fā)中，實現(xiàn)能源再利用的關鍵環(huán)節(jié)就是能源回饋系統(tǒng)的研究，目前在汽車電機動力特性和動力學特征等研究工作中，利用變頻器可以對能量進行95%以上的再利用，下面簡要介紹新能源汽車電控系統(tǒng)中的能源回饋系統(tǒng)。在傳統(tǒng)汽車中，制動產(chǎn)生的剩余能量都是以熱量的形式散失掉，制動能量回饋系統(tǒng)可在汽車制動過程中， 將牽引電機轉(zhuǎn)換為發(fā)動機， 依靠車輪拖動電機產(chǎn)生電能和車輪制動力矩， 從而將制動能量轉(zhuǎn)化為電能儲存起來， 達到提高汽車續(xù)航里程的目的。 能量回饋系統(tǒng)在新能源汽車的發(fā)展中發(fā)揮著不可或缺的作用， 未來的應用領域也是非?？捎^的。

2.4電力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS的發(fā)展

動力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)過了常規(guī)液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子控制液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三個發(fā)展階段， 并有繼續(xù)向電子化和智能化發(fā)展的趨勢。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎上加入電機作為動力源，以電動助力代替液壓助力；具有節(jié)能環(huán)保、 高性能化、 可控性高、 重量輕、 工作可靠性好、 制造成本低等特點。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最先于 1988 年日本鈴木公司投入應用， 此后此技術得到了迅速的發(fā)展， 美國和德國相繼研制出各自的 EPS 系統(tǒng)。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展， EPS 的各項技術都日趨成熟，在控制方式和助力方式方面得到優(yōu)化， 其應用范圍和影響力不斷擴大。 我國在動力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與開發(fā)比較關注， 但國內(nèi)部分大學、 研究機構、 汽車系統(tǒng)公司在這方面的研究限于理論分析和仿真模擬。

結語

從上述分析可知，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展和環(huán)保理念的提出以及石油資源的大量消耗，汽車領域逐漸進行了新能源汽車研發(fā)工作，目前已經(jīng)取得了不錯的成效，純電力也逐漸成為了新能源汽車的主要研發(fā)方向，歐美和日本等國家也將純電力驅(qū)動汽車作為了汽車行業(yè)的主要發(fā)展方向。上述則主要針對新能源汽車電控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行了簡要介紹。

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