淺談電子控制技術(shù)在新能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

張曼 王炳乾

【摘 要】電子控制技術(shù)作為目前較為成熟的控制方式之一，已經(jīng)比較成熟的運(yùn)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。它不僅極大地提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，更為我們的生活帶來(lái)了很大的便利。本文對(duì)電子控制系統(tǒng)做了相關(guān)闡述，并重點(diǎn)研究探討電子控制技術(shù)在新能源汽車(chē)領(lǐng)域和風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域上的相關(guān)應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電子控制；新能源汽車(chē)；風(fēng)力發(fā)電

隨著我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，電子控制技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都取得了重大突破，這也奠定了電子控制技術(shù)在各領(lǐng)域的重要地位。當(dāng)前，我國(guó)正在極力推廣新能源產(chǎn)業(yè)化。企業(yè)須配合國(guó)家政策，努力發(fā)掘自身潛力，全方位、多角度地了解企業(yè)自身的優(yōu)勢(shì)和不足；制定具體的發(fā)展策略，努力創(chuàng)新技術(shù)，從而提高自身競(jìng)爭(zhēng)力。

1.電子控制系統(tǒng)概述

電子控制技術(shù)是一門(mén)運(yùn)用電子電路實(shí)現(xiàn)控制的技術(shù)，而以電子技術(shù)為核心的控制系統(tǒng)，叫做電子控制系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中有電阻、電感電容等元件，以及二極管、三極管、集成電路等電子器件，它們相互作用、相互依賴(lài)、相互影響，形成一個(gè)整體，以實(shí)現(xiàn)控制的目的。電子控制系統(tǒng)一般分為輸入、控制、和輸出三個(gè)基本組成部分。輸入部分能將采集的非電量信息的變化轉(zhuǎn)化為電量的變化，輸入信息可以有多種形式，如作用力、溫度、濕度、轉(zhuǎn)速等；控制部分一般由具有各種控制功能的電子電路或者微處理器組成，它能對(duì)送入的電信號(hào)進(jìn)行對(duì)比、分析和處理；輸出部分由電磁繼電器、電動(dòng)機(jī)等多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，輸出信號(hào)也有多種形式，如聲音、溫度、轉(zhuǎn)速等。電子控制系統(tǒng)能直接影響設(shè)備的控制性能、工作效率及安全可靠性能。

2.新能源汽車(chē)電子控制的關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1整車(chē)控制器

VCU是實(shí)現(xiàn)整車(chē)控制和決策的核心電子控制單元。該控制器一般只有新能源汽車(chē)才會(huì)配備。VCU由硬件電路、底層軟件和應(yīng)用層軟件所組成。VCU的硬件采用標(biāo)準(zhǔn)化的核心模塊電路，以當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展水平，主要以32位主處理器、電源、存儲(chǔ)器、控制器局域網(wǎng)絡(luò)和VCU專(zhuān)用電路組成。通過(guò)采集加速、轉(zhuǎn)向和剎車(chē)等信號(hào)來(lái)判斷駕駛者的意圖；通過(guò)監(jiān)測(cè)車(chē)輛的狀態(tài)，如速度傳感器、扭矩傳感器和溫度傳感器等，由VCU判斷處理后，向動(dòng)力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力電池等系統(tǒng)發(fā)送車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)控制指令，同時(shí)控制車(chē)載附件電力系統(tǒng)的工作模式。VCU可以對(duì)整車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和保護(hù)。

2.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）是由扭矩傳感器、電子控制單元、ECU和助力電機(jī)共同組成，其電氣原理圖如圖1所示。電子控制單元根據(jù)各傳感器輸出的信號(hào)計(jì)算所需的轉(zhuǎn)向助力，并通過(guò)功率放大模塊控制助力電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)的輸出經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增扭后驅(qū)動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力。EPS正常工作時(shí)，EPS根據(jù)接收來(lái)自VCU的車(chē)速信號(hào)、喚醒信號(hào)及來(lái)自扭矩傳感器的扭矩信號(hào)和EPS助力電機(jī)的馬達(dá)位置、馬達(dá)轉(zhuǎn)速、馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置、電流、電壓信號(hào)等進(jìn)行綜合判斷，以控制EPS助力電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速和方向。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)能夠從旁協(xié)助新能源汽車(chē)的安全行駛，當(dāng)汽車(chē)沒(méi)有轉(zhuǎn)向時(shí)此項(xiàng)技術(shù)不會(huì)發(fā)出指令，并且相應(yīng)的裝置不會(huì)工作，這樣也實(shí)現(xiàn)了新能源汽車(chē)的低能耗發(fā)展。新能源汽車(chē)通過(guò)實(shí)施監(jiān)控，也能夠確保新能源汽車(chē)的安全與穩(wěn)定行駛，從而保證人民群眾的出行安全[1]。

2.3驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是車(chē)輛行駛的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特性決定了車(chē)輛的主要性能指標(biāo)?？梢?jiàn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是十分重要的部件。驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（DM）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器（MCU）構(gòu)成，通過(guò)高低壓線束、冷卻管路，與整車(chē)其它系統(tǒng)作電氣和散熱連接。VCU根據(jù)駕駛員意圖發(fā)出指令，電機(jī)控制器實(shí)時(shí)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出，以實(shí)現(xiàn)整車(chē)的怠速、前行、倒車(chē)、停車(chē)和能量回收等功能。

2.4電源控制系統(tǒng)

電源控制系統(tǒng)主要包括電池管理系統(tǒng)，機(jī)械控制系統(tǒng)，動(dòng)力反饋系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)等。純電動(dòng)汽車(chē)的工作原理是通過(guò)蓄電池作為能量源，為汽車(chē)驅(qū)動(dòng)提供動(dòng)力。其動(dòng)力電池系統(tǒng)主要由動(dòng)力電池模組、電池管理系統(tǒng)、動(dòng)力電池箱及輔助元器件等四部分組成。

新能源汽車(chē)電源控制電力能源的儲(chǔ)備和合理分配。對(duì)電池情況進(jìn)行管理，優(yōu)化電池單元之間的配合，監(jiān)測(cè)電池的工作情況，通過(guò)分析傳感器收集到的溫度、電壓的數(shù)據(jù)，對(duì)電池電荷量進(jìn)行合理分配，避免因?yàn)闇囟?、電壓等因素造成電池的損害。除此之外，系統(tǒng)通過(guò)電荷的分配進(jìn)行反饋，完成電池故障的診斷處理，進(jìn)入監(jiān)測(cè)車(chē)輛的狀態(tài)，保證發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，為汽車(chē)的性能品質(zhì)保駕護(hù)航[2]。

系統(tǒng)內(nèi)的BMS實(shí)時(shí)采集各電芯的電壓、各溫度傳感器的溫度值、電池系統(tǒng)的總電壓值和總電流值等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池的工作狀態(tài)，并通過(guò)CAN線與VCU或充電機(jī)之間進(jìn)行通訊，對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)行充放電等進(jìn)行綜合管理。

3.電子控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用

風(fēng)力發(fā)電的失速功率調(diào)節(jié)方式和變槳距調(diào)節(jié)方式是收集和轉(zhuǎn)換風(fēng)能的兩種最主要功率調(diào)節(jié)方式。發(fā)電機(jī)組的葉片的攻角可以隨著風(fēng)速的變化始終保持在最佳角度，使風(fēng)輪運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)換效率，使輸出功率最大。

對(duì)于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，發(fā)電機(jī)組的出力會(huì)始終保持在一個(gè)接近理想化的水平，提高了發(fā)電效率。同時(shí)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適合安裝在大型發(fā)電機(jī)組上。變槳距風(fēng)力機(jī)組的缺點(diǎn)是變槳距機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，增加了故障的可能性，控制系統(tǒng)也更加復(fù)雜。

變槳距控制機(jī)構(gòu)主要分為統(tǒng)一槳葉控制和獨(dú)立槳葉控制，其中統(tǒng)一槳葉控制主要使用液壓方案，獨(dú)立槳葉控制主要使用電機(jī)方案。液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)液壓系統(tǒng)推動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)，改變槳葉節(jié)距角。電機(jī)變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用電動(dòng)機(jī)對(duì)槳葉進(jìn)行單獨(dú)控制，和液壓變槳距機(jī)構(gòu)相比，電機(jī)變槳距方案結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，不存在非線性、泄漏、卡澀等現(xiàn)象，其控制過(guò)程如圖2所示。但其動(dòng)態(tài)特性相對(duì)較差，有較大的慣性，特別是對(duì)于大功率風(fēng)力機(jī)。在風(fēng)速變化頻繁，連續(xù)頻繁地調(diào)節(jié)槳葉時(shí)，電機(jī)將產(chǎn)生過(guò)量的熱負(fù)荷而易于損壞。

針對(duì)變槳距風(fēng)力機(jī)動(dòng)力學(xué)分析，變槳距的控制過(guò)程如下：風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)前，槳葉保持順槳位置，其節(jié)距角為90°，氣流對(duì)槳葉攻角為0°，不產(chǎn)生力矩。當(dāng)風(fēng)速增大到切入風(fēng)速時(shí)，由控制機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)槳葉向從90°向0°方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)氣流相對(duì)槳葉的攻角到達(dá)某個(gè)角度，作用在槳葉上的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩超過(guò)葉輪啟動(dòng)所需要的力矩時(shí)，葉輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。在電機(jī)并網(wǎng)以前，變槳距系統(tǒng)對(duì)葉輪進(jìn)行速度控制?？刂破靼此俣壬仙甭式o出速度參考值，變距系統(tǒng)根據(jù)此值，調(diào)整槳距角。

4.結(jié)語(yǔ)

總而言之，電子控制技術(shù)地不斷發(fā)展，為新能源產(chǎn)業(yè)注入了新的動(dòng)力。新能源汽車(chē)的投入使用在很大程度上又實(shí)現(xiàn)了綠色低碳化的交通，有效的解決了汽車(chē)污染的問(wèn)題。風(fēng)力發(fā)電的不斷發(fā)展，讓我們的生活逐步擺脫對(duì)原有化石能源的依賴(lài)。隨著新技術(shù)的引用，我國(guó)的新能源產(chǎn)業(yè)必將發(fā)展的越來(lái)越好。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張志剛.新能源汽車(chē)電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)研究[J].中國(guó)科技信息，2013（08）：115-116.

[2]梁劍烽.新能源汽車(chē)電子控制的關(guān)鍵性技術(shù)初探[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2017（11）：265.