新能源汽車整車控制器的改進(jìn)設(shè)計(jì)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(jìn)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(jì)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(shí)際上，汽車行業(yè)已經(jīng)逐漸由硬件控制時(shí)代過渡到了軟件控制時(shí)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(jìn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

◆關(guān)鍵詞：新能源汽車;整車控制器;改進(jìn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一、引言

新能源汽車的推廣是我國(guó)環(huán)境保護(hù)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?，F(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(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的整車控制，為促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

二、新能源電動(dòng)汽車特點(diǎn)

新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)主要集中在電池、電機(jī)和電子控制系統(tǒng)三方面。在電池方面應(yīng)瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿技術(shù)，大力發(fā)展功率型動(dòng)力電池和超級(jí)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(dòng)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(zhǎng)期發(fā)展做好準(zhǔn)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(shì)力須加大融資建廠規(guī)模。我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量全球領(lǐng)先，累計(jì)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(guó)推出了26項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，796項(xiàng)國(guó)內(nèi)外專利，在新能源汽車研發(fā)方面取得了巨大進(jìn)展。

三、新能源汽車整車控制器的改進(jìn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

（一）機(jī)械結(jié)構(gòu)

依據(jù)硬件具體尺寸，選擇高防護(hù)等級(jí)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(dú)立的雙供電系統(tǒng)的二級(jí)電源管理、扭矩相關(guān)的關(guān)鍵信號(hào)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(duì)整車上的BMS電池管理系統(tǒng)及MCU電機(jī)控制器采取安全控制，通過EEPROM存儲(chǔ)安全故障信息。

（三）充電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

新能源汽車智能充電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中通過運(yùn)充電控制模塊對(duì)汽車充電的電量、付費(fèi)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集與管理，然后通過控制系統(tǒng)對(duì)充電過程進(jìn)行管理。智能充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(gè)高性能單片機(jī)的主控芯片和一個(gè)8位單片機(jī)的安全監(jiān)控芯片，兩個(gè)處理器之間采用SPI通訊和內(nèi)部CAN通訊實(shí)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(shí)鐘電路、程序刷寫電路、EEPROM等。第二，數(shù)字輸入模塊：輸入信號(hào)分成高有效和低有效輸入兩大類，同時(shí)考慮抗ESD處理、防短路設(shè)計(jì)、濾波處理、12V和24V信號(hào)等級(jí)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(hào)改進(jìn)，主要考慮的是傳感器輸出驅(qū)動(dòng)能力、抗ESD處理，防短路處理、濾波處理等。第四，輸出驅(qū)動(dòng)模塊：按照所連接的負(fù)載不同，將輸出驅(qū)動(dòng)分為高邊和低邊兩大類，根據(jù)負(fù)載所需電流能力選擇功率器件，同時(shí)要考慮輸出短路和開路的診斷、驅(qū)動(dòng)電路的過溫度、過電流和過電壓等保護(hù)功能。

（五）電池能量管理系統(tǒng)控制

新能源汽車內(nèi)部動(dòng)力系統(tǒng)中，動(dòng)力電池放電性能與動(dòng)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(shí)，則車輛顯示故障不能正常行駛，強(qiáng)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(huì)降低電池包的使用壽命。在SOC數(shù)值計(jì)算時(shí)，根據(jù)安時(shí)積分法，計(jì)算得出動(dòng)力電池的剩余電量（SOC）值，并依據(jù)其初始值和開路電壓進(jìn)行修正。在電池總?cè)萘康挠绊懸蛩刂校h(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?。?dāng)駕駛?cè)藛T啟動(dòng)車輛時(shí)，動(dòng)力電池進(jìn)行放電工作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)及車身設(shè)備進(jìn)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(jī)在高負(fù)荷區(qū)域內(nèi)工作。同時(shí)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(jìn)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(shì)。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(yùn)輸題型的穩(wěn)定。通過提升對(duì)氫、電能等能源的存儲(chǔ)效率，方可為新能源汽車?yán)m(xù)航能力提升打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這樣可以有效保證以電力為主要能源汽車的動(dòng)力。

（二）提升電池安全性

汽車電池出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過熱以后，很容易發(fā)生火災(zāi)，因此在對(duì)新能源動(dòng)力電池進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)。在實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(guó)能源轉(zhuǎn)型和“碳平衡”戰(zhàn)略的排頭兵，未來必將拉動(dòng)我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)革新和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。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(jìn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用是非常重要。

參考文獻(xiàn)

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