新能源汽車整車控制器的改進設(shè)計與應(yīng)用研究

張凱麗

◆摘? 要：近年來，新能源汽車智能化發(fā)展在汽車領(lǐng)域的技術(shù)進步中扮演著越來越重要的作用。新能源汽車技術(shù)體現(xiàn)出了非常廣闊的經(jīng)濟發(fā)展前景，這也吸引著非常多的企業(yè)硬件廠商、軟件服務(wù)商加入到新能源汽車技術(shù)研究中。實際上，汽車行業(yè)已經(jīng)逐漸由硬件控制時代過渡到了軟件控制時代，尤其是新能源汽車的發(fā)展，更需要智能化、信息化的軟件服務(wù)系統(tǒng)?；诖耍疚闹饕接懥诵履茉雌囌嚳刂破鞯母倪M設(shè)計與應(yīng)用。

◆關(guān)鍵詞：新能源汽車;整車控制器;改進設(shè)計與應(yīng)用

一、引言

新能源汽車的推廣是我國環(huán)境保護戰(zhàn)略中的關(guān)鍵組成部分。其充電問題已經(jīng)成為重要的研究課題。現(xiàn)階段，建設(shè)控制系統(tǒng)還存在諸多的問題，只要不斷利用信息化技術(shù)手段，逐步通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)電動車的整車控制，為促進新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出貢獻。

二、新能源電動汽車特點

新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)主要集中在電池、電機和電子控制系統(tǒng)三方面。在電池方面應(yīng)瞄準國際前沿技術(shù)，大力發(fā)展功率型動力電池和超級電容技術(shù)，在電池的輸入輸出特性、安全性、各單體的一致性、使用壽命、熱管理技術(shù)和制造成本方面下手，提高動力電池模塊化發(fā)展，不斷研究新型電池技術(shù)，為新能源汽車長期發(fā)展做好準備。在行業(yè)格局正在形成的今天，傳統(tǒng)車企需加速轉(zhuǎn)型布局，造車新勢力須加大融資建廠規(guī)模。我國新能源汽車產(chǎn)銷量全球領(lǐng)先，累計已超過200萬輛。在政府的引導(dǎo)和新能源汽車行業(yè)的共同努力下，近幾年我國推出了26項國家標準，796項國內(nèi)外專利，在新能源汽車研發(fā)方面取得了巨大進展。

三、新能源汽車整車控制器的改進設(shè)計與應(yīng)用

（一）機械結(jié)構(gòu)

依據(jù)硬件具體尺寸，選擇高防護等級的接插件，外殼采用壓鑄鋁材質(zhì)，并增加一通氣塞，用于平衡控制器內(nèi)外部壓力，增加了防塵防水能力。

（二）安全架構(gòu)

硬件系統(tǒng)采用雙芯片安全架構(gòu)，完全獨立的雙供電系統(tǒng)的二級電源管理、扭矩相關(guān)的關(guān)鍵信號雙路冗余采集，主控制芯片和安全監(jiān)控芯片之間采用SPI和CAN冗余直接通訊。在異常情況對整車上的BMS電池管理系統(tǒng)及MCU電機控制器采取安全控制，通過EEPROM存儲安全故障信息。

（三）充電控制系統(tǒng)的設(shè)計

新能源汽車智能充電控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中通過運充電控制模塊對汽車充電的電量、付費方式、車輛信息、充電接口、控制狀態(tài)等信息經(jīng)過AP傳到控制中心進行數(shù)據(jù)采集與管理，然后通過控制系統(tǒng)對充電過程進行管理。智能充電系統(tǒng)的設(shè)計與完善是有效提升新能源汽車充電設(shè)施兼容性、適應(yīng)性的關(guān)鍵方法，也是確保智能充電系統(tǒng)全面發(fā)展的重要手段。

（四）電路改造

第一，處理器模塊。包括一個高性能單片機的主控芯片和一個8位單片機的安全監(jiān)控芯片，兩個處理器之間采用SPI通訊和內(nèi)部CAN通訊實現(xiàn)可靠的信息傳遞以及相互監(jiān)控，還有與之相匹配的時鐘電路、程序刷寫電路、EEPROM等。第二，數(shù)字輸入模塊：輸入信號分成高有效和低有效輸入兩大類，同時考慮抗ESD處理、防短路設(shè)計、濾波處理、12V和24V信號等級兼容處理等。第三，傳感器輸入模塊：采集電路匹配傳感器輸入信號改進，主要考慮的是傳感器輸出驅(qū)動能力、抗ESD處理，防短路處理、濾波處理等。第四，輸出驅(qū)動模塊：按照所連接的負載不同，將輸出驅(qū)動分為高邊和低邊兩大類，根據(jù)負載所需電流能力選擇功率器件，同時要考慮輸出短路和開路的診斷、驅(qū)動電路的過溫度、過電流和過電壓等保護功能。

（五）電池能量管理系統(tǒng)控制

新能源汽車內(nèi)部動力系統(tǒng)中，動力電池放電性能與動力電池剩余電量（SOC）相互作用和影響，如果SOC數(shù)值低于設(shè)定的范圍值時，則車輛顯示故障不能正常行駛，強制關(guān)閉大功率設(shè)備（空調(diào)系統(tǒng)等），儀表顯示電量警示燈常亮;當(dāng)SOC的值高于設(shè)定的范圍值，電量過充會降低電池包的使用壽命。在SOC數(shù)值計算時，根據(jù)安時積分法，計算得出動力電池的剩余電量（SOC）值，并依據(jù)其初始值和開路電壓進行修正。在電池總?cè)萘康挠绊懸蛩刂?，環(huán)境溫度、電池循環(huán)次數(shù)以及平均放電電流是關(guān)鍵因素，設(shè)置影響因素的修正系數(shù)，確保單體電池的總?cè)萘俊．?dāng)駕駛?cè)藛T啟動車輛時，動力電池進行放電工作，驅(qū)動電機及車身設(shè)備進行自診，當(dāng)車輛正常行駛狀態(tài)下，車速處于正常速度，電機在高負荷區(qū)域內(nèi)工作。同時通過DC-DC轉(zhuǎn)換器，把高壓電轉(zhuǎn)換為低壓電給電氣系統(tǒng)供電，并給輔助電池充電。

四、新能源汽車發(fā)展策略

（一）提升新能源汽車的續(xù)航能力

續(xù)航作為汽車重要部分，若想讓新能源汽車技術(shù)獲得進一步發(fā)展，需要不斷提升其續(xù)航能力，這也是新能源汽車未來發(fā)展的重要趨勢。氫能和電能是當(dāng)前新能源汽車的重要能源類型，氫能源汽車能夠有效降低碳排放，保證運輸題型的穩(wěn)定。通過提升對氫、電能等能源的存儲效率，方可為新能源汽車續(xù)航能力提升打下堅實基礎(chǔ)。這樣可以有效保證以電力為主要能源汽車的動力。

（二）提升電池安全性

汽車電池出現(xiàn)長時間過熱以后，很容易發(fā)生火災(zāi)，因此在對新能源動力電池進行研發(fā)的過程中，既應(yīng)當(dāng)考慮到電池的性能，又應(yīng)當(dāng)降低電池溫度的變化程度，以此來讓電池可以始終保持穩(wěn)定、安全的運行狀態(tài)。在實際操作過程中，應(yīng)當(dāng)將汽車的控制系統(tǒng)和電池相連，一旦電池的溫度過高，就要通過汽車空調(diào)系統(tǒng)來改善電池的問題，以此來實現(xiàn)對電池溫度的有效控制，杜絕火災(zāi)隱患，提升電池的安全性。

五、結(jié)束語

新能源汽車未來仍然是我國能源轉(zhuǎn)型和“碳平衡”戰(zhàn)略的排頭兵，未來必將拉動我國汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)革新和經(jīng)濟增長。作為一種新型的智能網(wǎng)聯(lián)車輛，最重要的問題是如何有效利用車輛整車控制器來管理整車，因此，研究新能源汽車整車控制器的改進設(shè)計與應(yīng)用是非常重要。

參考文獻

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