電子技術(shù)在新能源汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用

周 鑫

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430050）

目前，汽車作為現(xiàn)代交通工具，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾鲂蟹绞?。面?duì)當(dāng)前日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題，汽車尾氣是污染環(huán)境的主要因素之一，為了能夠最大化地降低汽車尾氣給環(huán)境帶來的損害，開發(fā)與運(yùn)用新能源汽車是非常迫切的。近幾年，國(guó)家大力支持新能源汽車項(xiàng)目的開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能、減排、降耗，逐步推動(dòng)汽車行業(yè)向綠色方向發(fā)展。與此同時(shí)，新能源汽車是集機(jī)械、智能控制及電子技術(shù)等為一體的產(chǎn)物，其是衡量國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。在當(dāng)前時(shí)代，新能源汽車的發(fā)展階段處于純電動(dòng)或者油電混合的階段。而在新能源汽車中，電子技術(shù)發(fā)揮著不可估量的作用與價(jià)值，推動(dòng)著新能源汽車取得更好的發(fā)展。

1 新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀分析

新能源汽車是指采用非常規(guī)車用燃料作為動(dòng)力源（或采用常規(guī)車用燃料和新型車載動(dòng)力裝置），在汽車動(dòng)力控制和駕駛方面集成先進(jìn)技術(shù)的具有先進(jìn)技術(shù)原理、新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車包括純電動(dòng)汽車、增程電動(dòng)車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池電動(dòng)車、氫動(dòng)力汽車等。

在19 世紀(jì)中葉，歐美國(guó)家開始關(guān)注新能源汽車，并進(jìn)行了一系列的研究和探索。在氫燃料、生物燃料等技術(shù)方面也推出了很多產(chǎn)品。特別是在金融危機(jī)的影響下，節(jié)能環(huán)保新能源成為各國(guó)首要的戰(zhàn)略選擇。在擴(kuò)大市場(chǎng)方面，新能源汽車產(chǎn)銷進(jìn)入了快速發(fā)展的新階段。從政策規(guī)劃方面，相繼出臺(tái)包括混合動(dòng)力汽車在內(nèi)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有美、日、德等汽車產(chǎn)業(yè)大國(guó)。在美國(guó)，奧巴馬政府實(shí)施了一項(xiàng)綠色新政，目標(biāo)是到2015 年普及100 萬輛插電式混合動(dòng)力汽車。日本已將發(fā)展新能源汽車作為其“低碳革命”的核心部分，并計(jì)劃在2020 年前擁有1350 萬輛“下一代汽車”，包括混合動(dòng)力汽車。2008 年11月，德國(guó)政府提出在未來10 年內(nèi)普及100 萬輛插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車，并宣布實(shí)施這一計(jì)劃，標(biāo)志著德國(guó)將進(jìn)入新能源汽車時(shí)代。可見，美、日、歐國(guó)家成為新能源汽車技術(shù)發(fā)展最早、最先進(jìn)的國(guó)家，成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。

近年來，中國(guó)新能源汽車發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，在車型匹配、技術(shù)研發(fā)、新能源汽車消費(fèi)市場(chǎng)等方面發(fā)展迅速，在企業(yè)、技術(shù)、市場(chǎng)等領(lǐng)域取得突破。中國(guó)從“十五”期間開始實(shí)施新能源汽車技術(shù)規(guī)劃，“十五”和“十一五”期間，我國(guó)已投入科研經(jīng)費(fèi)20.4 億元，實(shí)施“863”計(jì)劃，電動(dòng)汽車制造重大研發(fā)項(xiàng)目、節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目，10 年來，設(shè)立了500 多個(gè)本課題，繼續(xù)鼓勵(lì)自主研發(fā)電動(dòng)汽車等節(jié)能新能源汽車發(fā)展，形成了純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力、燃料電池三條“三縱并進(jìn)”的技術(shù)路線。電動(dòng)汽車的研發(fā)模式是基于三種常用技術(shù)：多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)、動(dòng)力電池及其管理系統(tǒng)。經(jīng)過兩個(gè)五年科技攻關(guān)計(jì)劃，我國(guó)在新能源汽車領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)和整車集成技術(shù)，開發(fā)了系列規(guī)?；瘧?yīng)用產(chǎn)品，在全球處于領(lǐng)先地位。在推動(dòng)電動(dòng)汽車發(fā)展的同時(shí)，中國(guó)也在積極推進(jìn)“人才、專利、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”三大戰(zhàn)略，力爭(zhēng)在未來的競(jìng)爭(zhēng)中獲得話語權(quán)。僅在實(shí)施科技計(jì)劃方面，就申請(qǐng)專利2881 項(xiàng)，其中專項(xiàng)發(fā)明1635 項(xiàng)，發(fā)布電動(dòng)汽車國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)42 項(xiàng)。然而，在新能源技術(shù)方面，中國(guó)和國(guó)外的起點(diǎn)并不相同。在鋰電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部件方面，中國(guó)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。我國(guó)在新能源汽車領(lǐng)域發(fā)展過程中，尤為重視電子技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)提升新能源汽車行業(yè)水平非常有利。

2 新能源汽車領(lǐng)域中電子技術(shù)應(yīng)用的重要性分析

隨著我國(guó)信息科技發(fā)展速度與水平的不斷提高，汽車行業(yè)逐漸向電子化的方向發(fā)展，電子控制裝置及電氣設(shè)備在汽車領(lǐng)域中的運(yùn)用越來越廣泛和普遍。在以前，汽車只是一種純機(jī)械化的產(chǎn)品，后逐漸向機(jī)電一體化、電氣化的方向發(fā)展與演變，在汽車發(fā)展過程中電子技術(shù)的作用不可小覷。對(duì)新能源汽車領(lǐng)域中電子技術(shù)應(yīng)用重要性的分析與探討如下：

2.1 新能源汽車行業(yè)的發(fā)展需要電子技術(shù)

傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域中，電子控制裝置及傳感器技術(shù)是其應(yīng)用最為普遍的技術(shù)載體，其能夠更好地監(jiān)測(cè)汽車行駛的整個(gè)過程，對(duì)于尾氣排放及能源消耗的減少或者降低非常重要。當(dāng)前，在汽車主流產(chǎn)品中，先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子控制單元、電子傳感器、智能控制等電子技術(shù)的應(yīng)用將成為新能源汽車領(lǐng)域發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)與條件。

在傳統(tǒng)汽車基礎(chǔ)上運(yùn)用電子技術(shù)，能夠加快新能源汽車的研發(fā)與應(yīng)用。在現(xiàn)有的新能源汽車類型當(dāng)中，純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車都是以傳統(tǒng)汽車為基礎(chǔ)和前提的。與此同時(shí)，在生產(chǎn)新能源汽車過程中，控制單元、電子傳感器的應(yīng)用都是以電子技術(shù)為基礎(chǔ)和支撐的，其不僅能夠便利新能源汽車的生產(chǎn)工作，同時(shí)也能夠簡(jiǎn)化很多生產(chǎn)工序和流程，對(duì)于提升新能源汽車生產(chǎn)效率與水平非常有利。由此可見，電子技術(shù)在一定程度上推動(dòng)了新能源汽車行業(yè)的更好發(fā)展。

2.2 新能源汽車中電子技術(shù)具有很強(qiáng)的利用優(yōu)勢(shì)

在當(dāng)前，新能源汽車的類型多與電子技術(shù)有著密不可分的關(guān)系。很早以前，混合動(dòng)力或者電動(dòng)汽車就被研發(fā)出來，但新能源電子技術(shù)很長(zhǎng)時(shí)間都沒有得到突破與發(fā)展，且處于停滯不前的狀態(tài)，這主要由于受到電子控制技術(shù)或者電池技術(shù)約束與限制。一直到2000 年以后，電子技術(shù)的發(fā)展速度與水平持續(xù)提高，電子控制裝置與電池的性能越來越高，給電動(dòng)汽車的發(fā)展注入新鮮血液與活力。電子技術(shù)的發(fā)展，能夠監(jiān)測(cè)每個(gè)電池單體或者電池組的性能，并及時(shí)地了解控制器的實(shí)際情況，對(duì)整個(gè)散熱系統(tǒng)、電池組的輸出進(jìn)行整體控制，延長(zhǎng)電池使用壽命，促進(jìn)電池組應(yīng)用效率得到更好提升。此外，在新能源動(dòng)力系統(tǒng)的控制方面，電子技術(shù)也發(fā)揮著重要作用。新能源汽車的三相交流電機(jī)能夠更好地回收能量，通過高效率的控制器來對(duì)電能的轉(zhuǎn)化與流向進(jìn)行控制，同時(shí)通過高性能傳感器、快速運(yùn)算的控制單元、大功率的電子器件等的應(yīng)用，不斷推動(dòng)新能源汽車持續(xù)發(fā)展。通過對(duì)電子技術(shù)優(yōu)勢(shì)的分析與把握，能夠快速、有效地提升新能源汽車行業(yè)的發(fā)展水平。

3 電子技術(shù)應(yīng)用在新能源汽車領(lǐng)域中的方略探究

在新能源汽車構(gòu)造中，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是其核心與關(guān)鍵，主要包含電源管理裝置、電池及電機(jī)組等等。與傳統(tǒng)的汽車比較，電動(dòng)汽車應(yīng)用的電子技術(shù)主要體現(xiàn)在電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上，主要包括充電器、轉(zhuǎn)換器、電池管理裝置、逆變裝置、電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置等等。由于新能源汽車具有較為復(fù)雜的電子系統(tǒng)，且其需要面對(duì)更加復(fù)雜多變的使用工況和環(huán)境，電子技術(shù)的應(yīng)用重要性愈發(fā)凸顯出來，推動(dòng)新能源汽車得以更好研發(fā)、投產(chǎn)、銷售與應(yīng)用。下面對(duì)新能源汽車領(lǐng)域中電子技術(shù)應(yīng)用的具體策略和方法進(jìn)行探討與研究：

3.1 電機(jī)及其裝置的合理使用

電機(jī)是新能源汽車研發(fā)過程中不可缺少的重要構(gòu)成內(nèi)容，其具有較強(qiáng)的過載能力、較大的瞬時(shí)功率、較高的能量轉(zhuǎn)換效率及較長(zhǎng)的使用壽命，其調(diào)速的范圍也比較寬泛、可靠性很高，能夠很好地適應(yīng)較為惡劣的工作環(huán)境，且工作時(shí)間較為持續(xù)和長(zhǎng)期。由此可見，電機(jī)比較適用于價(jià)格便宜、維修便利、低運(yùn)行噪聲、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能夠批量生產(chǎn)等條件。例如，開關(guān)磁阻電機(jī)、交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)等等，這些都具有整車小批量配套能力。與此同時(shí)，逆變器的電流輸出能力決定著電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，因而在設(shè)計(jì)新能源汽車時(shí)，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)控制器是其重難點(diǎn)之一。新能源汽車要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器具有較小的電磁干擾度和較高的效率，能夠很好地適應(yīng)不同的惡劣環(huán)境，要求體積小且可靠性高，從而更好地滿足新能源汽車的研發(fā)與生產(chǎn)需求。

3.2 鏗電池管理系統(tǒng)的合理應(yīng)用

當(dāng)前，新能源汽車應(yīng)用最為普遍的動(dòng)力電源就是鏗電池，重視對(duì)鏗電池管理系統(tǒng)的合理使用能夠有效提升新能源汽車的研發(fā)效率與水平。在鏗電池管理系統(tǒng)當(dāng)中主要包含數(shù)據(jù)報(bào)警、數(shù)據(jù)顯示、均衡管理、熱管理、荷電狀態(tài)估計(jì)、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)通信等功能。近幾年，我國(guó)非常重視鏗電池的有效應(yīng)用，并已經(jīng)取得了很好的研究成果，很多車企都已經(jīng)開始研發(fā)自己的鏗電池管理系統(tǒng)，并不斷進(jìn)行電動(dòng)汽車市場(chǎng)的有效開拓。如常見的上汽、哈飛、奇瑞、比亞迪等等，都非常重視新能源汽車鏗電池管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，并取得了很好的成效。

3.3 雙向變換器的轉(zhuǎn)換與應(yīng)用

在電動(dòng)汽車行駛時(shí)，經(jīng)過反復(fù)的加速、減速后，電機(jī)端的電壓也會(huì)隨著電動(dòng)汽車的加減速而產(chǎn)生持續(xù)的變化，但是由于電動(dòng)汽車中的燃料電池或者蓄電池的比率指標(biāo)存在較大的限制，如果直接運(yùn)用驅(qū)動(dòng)或者接收電機(jī)回流的電能，容易損傷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)性。如果運(yùn)用雙向變換器來對(duì)電池與電機(jī)端的電壓進(jìn)行平衡，能夠更好地穩(wěn)定住超級(jí)電容器的電壓或者動(dòng)力電池組電壓的數(shù)值，能夠有效地提升電機(jī)的驅(qū)動(dòng)性能，這樣就需要雙向轉(zhuǎn)換器的效率必須夠高、容量必須夠大，才能夠更好實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

3.4 電動(dòng)充電器的運(yùn)用

在新能源汽車不斷發(fā)展過程中，電動(dòng)充電器的應(yīng)用是非常有必要的。通過電動(dòng)充電器，能夠?qū)⒔涣麟娋W(wǎng)中的電能補(bǔ)充到電動(dòng)汽車的蓄電池中，給電動(dòng)汽車補(bǔ)充充足的電能，便于電動(dòng)汽車的持續(xù)續(xù)航與使用。為了推動(dòng)新能源汽車更好普及與應(yīng)用，重視蓄電池充電站的建立與應(yīng)用，給每個(gè)充電站配備多套蓄電池自動(dòng)充電器是新能源汽車普及與發(fā)展的趨勢(shì)與必然。充電器的作用和功能主要是通過電子技術(shù)將交流電轉(zhuǎn)化成直流電，然后發(fā)揮出電動(dòng)充電器的作用與價(jià)值。與此同時(shí)，新能源汽車在運(yùn)用充電器時(shí)，人們通常會(huì)要求充電器能夠恒壓、恒流二段式充電，還要求充電器具備輕量、高效、自動(dòng)充電和自檢等多種功能。同時(shí)電動(dòng)充電器要能夠?qū)﹄姵氐臏囟冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、電網(wǎng)污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)、合理設(shè)定充電時(shí)間曲線等等，實(shí)現(xiàn)這些功能都離不開電子技術(shù)的支持與應(yīng)用。

3.5 電子技術(shù)在新能源汽車附屬裝置中的運(yùn)用

目前，發(fā)動(dòng)機(jī)是大多數(shù)傳統(tǒng)汽車所需的動(dòng)力裝置，如水泵、空調(diào)壓縮機(jī)、真空制動(dòng)助力器、轉(zhuǎn)向助力油泵等。而新能源汽車也具備這些附屬裝置，但是其也不能夠完全依靠發(fā)動(dòng)機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，必須要進(jìn)行新型附屬裝置的開發(fā)與應(yīng)用，如電動(dòng)真空泵、電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力、電動(dòng)水泵、電動(dòng)壓縮機(jī)、電動(dòng)剎車控制系統(tǒng)等等，這些都有賴于電子技術(shù)的應(yīng)用，這樣才能夠推動(dòng)電動(dòng)汽車運(yùn)行的電氣化。

3.6 汽車點(diǎn)火節(jié)能系統(tǒng)中電子技術(shù)的運(yùn)用

通常情況下，普通汽車的汽油機(jī)都通過電火花對(duì)混合氣體進(jìn)行點(diǎn)燃，以此來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，但是這樣的方式對(duì)汽車的損傷比較大，也會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，經(jīng)常長(zhǎng)時(shí)間的使用，其發(fā)動(dòng)機(jī)性能會(huì)大大降低，汽車使用壽命也會(huì)大大降低，如果操作不當(dāng)還會(huì)出現(xiàn)失火的重大問題，對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生很大的威脅?；诖?，在新能源汽車研發(fā)與生產(chǎn)過程中，運(yùn)用電子技術(shù)來建立汽車的點(diǎn)火節(jié)能系統(tǒng)，從而對(duì)新能源汽車減排、節(jié)能需求進(jìn)行更好地滿足。通過運(yùn)用電子技術(shù)，能夠研發(fā)出新型的斷電器，其能夠有效地減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損程度，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有更好地提高，減少或者消除不必要的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，提升新能源汽車整體運(yùn)行的可靠性與安全性。同時(shí)新型的斷電器還能夠減少汽車尾氣的排放，對(duì)于空氣質(zhì)量的提升非常有利，是發(fā)展新型綠色新能源汽車的重要技術(shù)。

4 結(jié)束語

綜上所述，在新能源汽車研發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用過程中，電子技術(shù)占據(jù)著不可或缺的地位、發(fā)揮著不可替代的作用與價(jià)值。電子技術(shù)的應(yīng)用，能夠更好地對(duì)新能源汽車的整體進(jìn)行提升與把控，還能夠有效地降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益的兼顧與統(tǒng)一。在電子科技持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境下，新能源汽車的技術(shù)水平也在不斷提升，能夠?yàn)樾履茉雌囶I(lǐng)域提供更加可靠的電子技術(shù)支撐，推動(dòng)新能源汽車更好、更持續(xù)發(fā)展。