電子技術(shù)在新能源汽車中的應(yīng)用

鄭新強

（東莞理工學(xué)校 523000)

0 引言

隨著汽車的普及，汽車能耗的加劇，傳統(tǒng)汽車越來越不適應(yīng)社會的發(fā)展。加大新能源汽車的推廣可以達到節(jié)能減排的目的，從而推動汽車行業(yè)的健康發(fā)展，所以對新能源汽車的研究勢在必行。新能源汽車是集機械、電工電子及智能控制學(xué)領(lǐng)域最新技術(shù)的產(chǎn)物，是國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志?，F(xiàn)階段混合動力汽車和純電動汽車已進入實用化階段，是新能源汽車中最重要的組成部分，而電子技術(shù)作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要成果，其在新能源汽車的中發(fā)揮著越來越重要的作用，可以說正是電子技術(shù)的不斷進步才支撐起新能源汽車的發(fā)展。

1 電子技術(shù)對于新能源汽車發(fā)展的重要意義

汽車作為一種工業(yè)產(chǎn)品，伴隨著科技水平的不斷發(fā)展，汽車電子化趨勢也越來越明顯，電氣設(shè)備和電子控制裝置在汽車中的應(yīng)用也越來越普遍。汽車從最初的純機械化產(chǎn)品發(fā)展到現(xiàn)在的機電一體化產(chǎn)品，乃至今后向電氣化產(chǎn)品轉(zhuǎn)變的歷程中，電子技術(shù)應(yīng)用的比重不斷提高。

1.1 電子技術(shù)在傳統(tǒng)汽車中的發(fā)展為新能源汽車應(yīng)用打下基礎(chǔ)

在傳統(tǒng)汽車中以傳感器技術(shù)和電子控制裝置為載體，對汽車行駛過程中的運作情況進行有效的監(jiān)測，進而減少能源的消耗以及尾氣的排放，使到電子技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有足夠雄厚的技術(shù)積累，現(xiàn)階段的主流汽車產(chǎn)品中已大量使用先進電子傳感器、電子控制單元、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能控制等電子技術(shù)，而這些也都是新能源汽車首先要具備的技術(shù)條件。

電子技術(shù)在傳統(tǒng)汽車上的普及使到傳統(tǒng)汽車廠商能盡快地研發(fā)新能源汽車，而不用單獨地開發(fā)新的產(chǎn)品架構(gòu)，特別是現(xiàn)階段已成熟的汽車總線控制技術(shù)，帶來了模塊化開發(fā)的便利性。事實上現(xiàn)階段面世的很多混合動力甚至純電動汽車都是在已有的傳統(tǒng)車型上升級的產(chǎn)物，形成了同一種車型的燃油版、混動版和純電版并存的格局。比如卡羅拉的燃油版和雙擎版并存，上汽榮威的EI6和I6并存等等[1]。

1.2 電子技術(shù)應(yīng)用在新能源汽車中的優(yōu)越性

在以“電”為關(guān)鍵的新能源汽車中，電子技術(shù)當(dāng)然具有先天的優(yōu)越性。其實電動汽車和混合動力汽車在很早以前就被發(fā)明出來了，早在1900年費迪南德保時捷就已經(jīng)研發(fā)出來電動汽車和混合動力汽車，但在之后的將近一個世紀(jì)里基本上沒有新的突破，電動汽車停滯不前而被燃油汽車遠遠超越，其最主要的原因就是電池技術(shù)和電子控制技術(shù)的瓶頸。但在21世紀(jì)以來，這狀況得到了極大的改觀，就是因為電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，使到電池和電子控制裝置的性能越來越強，從而使電動汽車又得到了新的生命。

首先是電池技術(shù)，新的材料和新的工藝使現(xiàn)在動力電池的能量密度越來越高，讓純電驅(qū)動成為可能。但隨之而來的是電池的控制管理問題，比如電池內(nèi)單體的發(fā)熱和老化會影響到整個電池組的性能，這就要依靠電子技術(shù)對每個電池單體進行監(jiān)測，讓控制器及時地知道單體的工作狀況，從而控制整個電池組的輸出和控制散熱系統(tǒng)的工作，來提高電池的效率和壽命。

其次是動力系統(tǒng)的控制技術(shù)，新能源汽車的動力來源于電機，這些電機通常都是大功率的三相交流電機，為了達到能量回收的目的，需要高效率的控制器來控制電能的流向和轉(zhuǎn)化，而在混合動力汽車中甚至還要控制復(fù)雜的發(fā)動機和動力混合裝置，這都有賴于大功率電子器件、快速運算的控制單元和高性能的傳感器。可以說沒有電子技術(shù)的應(yīng)用就不可能有新能源汽車的發(fā)展。

2 現(xiàn)階段電子技術(shù)在新能源汽車上的應(yīng)用情況

電力驅(qū)動系統(tǒng)可以說是新能源汽車的心臟，其主要分為2個部分：電機及其控制部分、電池及電源管理裝置。目前，電力電子技術(shù)在電動汽車上的應(yīng)用與傳統(tǒng)汽車相比，主要增加了在電力驅(qū)動系統(tǒng)上的應(yīng)用，包括電機驅(qū)動和逆變裝置、電池管理裝置、DC-DC轉(zhuǎn)換器、充電器等。新能源汽車的電子系統(tǒng)越來越復(fù)雜，同時，汽車惡劣的使用工況和復(fù)雜多變的使用環(huán)境對電子技術(shù)提出了更高的要求，因為汽車電子系統(tǒng)要求運行電壓很寬，并且有很大的瞬態(tài)電壓和溫度變化，對于電子裝置來說越來越有挑戰(zhàn)性，這就要求開發(fā)更高性能的電力電子設(shè)備[2]。

2.1 電機及其控制裝置的應(yīng)用

新能源汽車使用的電機應(yīng)具有瞬時功率大、過載能力強、能量轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長的特點，同時必須具有寬的調(diào)速范圍，要求有高的可靠性，能在較惡劣環(huán)境下長期工作；從經(jīng)濟學(xué)角度來講應(yīng)該滿足結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)大批量生產(chǎn)、運行噪聲低、使用維修方便，價格便宜等條件。目前我國自主開發(fā)的永磁同步電機、交流異步電機和開關(guān)磁阻電機等均實現(xiàn)了整車小批量配套能力。其中轎車用永磁電機比功率超過1 300 W/kg，電機系統(tǒng)最高效率達93%以上，功率覆蓋200 kW以下民用電動車輛范圍。90 kW車用永磁驅(qū)動電機技術(shù)指標(biāo)接近國際先進水平：系統(tǒng)功率密度≥1.36 kW/kg、電機峰值效率≥97%。

電機在低速下最大輸出轉(zhuǎn)矩取決于逆變器的電流輸出能力，最大輸出功率由逆變器的功率決定。因此電機驅(qū)動控制器的設(shè)計是整個新能源汽車系統(tǒng)設(shè)計中的重點和難點。新能源汽車中的電機驅(qū)動控制器一方面要求效率高，電磁干擾小。另一方面要求環(huán)境適應(yīng)性強，工作可靠和體積小。

2.2 電池管理系統(tǒng)（BMS）的應(yīng)用

目前新能源汽車上普遍使用鋰電池作為動力電源，而鋰電池的管理系統(tǒng)（BMS）實現(xiàn)的功能包括：數(shù)據(jù)監(jiān)測、荷電狀態(tài)（SOC）估計、熱管理、均衡管理、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示與報警。我國在十五期間就設(shè)立電動汽車重大專門研究項目，在BMS方面也取得很大突破。如今，BMS已是上至國家下至企業(yè)，都重點關(guān)注的研發(fā)領(lǐng)域。我國的BMS研究成果顯著，像比亞迪、北汽、奇瑞、哈飛、上汽都在研發(fā)自己的電池管理系統(tǒng)，爭相開拓電動汽車市場。

2.3 DC-DC轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

在電動車行駛過程中需頻繁加減速，在電機端的電壓是不斷變化的，但由于蓄電池或燃料電池的比功率指標(biāo)的限制，直接用它們?nèi)ヲ?qū)動電機或接收電機端回流的電能，會造成驅(qū)動性能惡化。而使用雙向DC/DC變換器就是用來平衡電池端和電機端的電壓，可將動力電池組或超級電容器的電壓維持在相對穩(wěn)定的數(shù)值上，以明顯提高電機的驅(qū)動性能。這就需要DC-DC轉(zhuǎn)換器有足夠大的容量和足夠高的效率，新能源汽車的車載復(fù)合電源對 DC-DC變換器的要求是十幾安培到上百安培的級別，再加上DC-DC變換器裝載在汽車內(nèi)部的狹小空間，要受到旁邊電機與發(fā)動機強烈的電磁干擾，這種對 DC-DC的設(shè)計要求非常高。

2.4 充電裝置的應(yīng)用

發(fā)展自動充電器是發(fā)展電動汽車的必要條件,因為它能將交流電網(wǎng)的電能有效補充到每輛電動汽車的蓄電池中。今后為使電動汽車普及,則需要建立蓄電池充電站,每個站必須配備若干套自動充電器。充電器的功能就是將交流電變?yōu)橹绷麟?這就需要用到電工電子技術(shù),使用功率器件。

當(dāng)這些充電器用到電動汽車中時,人們對它們提出了更多的要求。要求它們恒流恒壓二段式充電,還要求高效、輕量,有自檢及自動充電等多種保護功能,并且能程控設(shè)定充電時間曲線、監(jiān)視電池溫度,對電網(wǎng)無污染等。這些要求需要電工電子技術(shù)來解決,更突出了電工電子技術(shù)在充電器上的應(yīng)用。

2.5 在新能源汽車附屬裝置的應(yīng)用

在傳統(tǒng)汽車中，大部分附屬裝置所需的動力都是來源于發(fā)動機，比如汽車空調(diào)壓縮機、水泵、轉(zhuǎn)向助力油泵和真空制動助力器等等。而在新能源汽車中，這些裝置功能依然存在，但已經(jīng)不能沿用傳統(tǒng)的方式，因為新能源汽車并不完全依靠發(fā)動機來驅(qū)動，所以要開發(fā)新型的附屬裝置，比如電動壓縮機、電動水泵、電動轉(zhuǎn)向助力、電動真空泵及線控剎車系統(tǒng)等等，實現(xiàn)全車電氣化運行。

3 結(jié)束語

綜上所述，在新能源汽車中電子技術(shù)的應(yīng)用是關(guān)鍵所在，電子技術(shù)可以有效控制新能源汽車的運行、提高新能源汽車的各項性能、降低能源消耗，從而實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境雙重效益。伴隨著科技的不斷進步與發(fā)展，電子設(shè)計水平也在不斷提高，其在汽車新能源中的應(yīng)用會越來越廣，進而為我國汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。

【參考文獻】

[1]黃召明,趙航,蘇博巍.電子設(shè)計在汽車新能源中的運用[J].智庫時代,2017(13):209-210.

[2]曹堅.電子設(shè)計在汽車新能源中的運用[J].科技傳播,2015,7(18):31+45.