新能源汽車電子控制的關鍵技術研究

摘 要：隨著全球?qū)沙掷m(xù)能源和環(huán)保要求的日益增長，新能源汽車發(fā)展已成為汽車行業(yè)的重要趨勢。在新能源汽車的核心組成部分中，電子控制系統(tǒng)直接影響著汽車的性能、安全性和用戶體驗。但隨著技術的發(fā)展和市場的擴大，電子控制系統(tǒng)面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，需要創(chuàng)新的技術解決方案及對現(xiàn)有系統(tǒng)進行深入的分析和優(yōu)化。因此，文章就新能源汽車電子控制系統(tǒng)的關鍵性技術及其面臨的挑戰(zhàn)展開探討，旨在通過對電池管理系統(tǒng)（BMS）、電機控制系統(tǒng)和車載信息系統(tǒng)等關鍵技術的深入分析，識別當前的技術瓶頸，并探索創(chuàng)新技術的發(fā)展趨勢，以期望為新能源汽車的未來發(fā)展提供理論支持和實踐指導。

關鍵詞：新能源汽車 電子控制 控制系統(tǒng)

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護意識的增強以及可持續(xù)發(fā)展目標的推進，新能源汽車成為汽車行業(yè)發(fā)展的重要方向。其不僅受到環(huán)境壓力的驅(qū)動，也是技術進步和消費者需求變化的結果。新能源汽車以其零排放、低噪音和高能效等特點，被視為減少城市污染、降低化石能源依賴的有效途徑。系統(tǒng)的效能受到其組成部分性能的限制，因此電子控制系統(tǒng)的優(yōu)化是提升新能源汽車整體性能的關鍵。電子控制系統(tǒng)是新能源汽車的神經(jīng)中樞，負責整車的能量管理、動力控制、信息交互等關鍵功能。如何提高電子控制系統(tǒng)的性能，不僅直接關系到汽車的動力效率和安全性，也影響到用戶的駕駛體驗。電池管理系統(tǒng)（BMS）、電機控制系統(tǒng)以及車載信息系統(tǒng)的優(yōu)化和創(chuàng)新不僅能提高能源使用效率，還能增強車輛的可靠性和安全性[1]。高效的電池管理系統(tǒng)可以延長電池壽命，提高能量利用率；精確的電機控制系統(tǒng)能夠提供更好的動力性能和駕駛體驗；而先進的車載信息系統(tǒng)則能夠提供更豐富的交互功能和更高級的駕駛輔助服務。綜上所述，本文就新能源汽車電子控制系統(tǒng)的關鍵性技術展開探討，以期為新能源汽車的未來發(fā)展提供有益的參考和指導。

1 新能源汽車電子控制系統(tǒng)概述

1.1 新能源汽車電子控制系統(tǒng)定義

新能源汽車電子控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)對車輛動力、能量管理、駕駛輔助以及車輛信息通信等方面的智能控制，其通過高度集成的電子設備和軟件算法，對車輛的各項關鍵性能參數(shù)進行實時監(jiān)控、分析和調(diào)節(jié)，以保證車輛的高效運行、安全行駛和良好的用戶體驗。新能源汽車中電子控制系統(tǒng)不僅負責傳統(tǒng)汽車中的常規(guī)控制任務，如制動、轉(zhuǎn)向和穩(wěn)定性控制，還涉及電能的有效管理、電池狀態(tài)的實時監(jiān)測、電機的精確控制等多個額外的復雜功能。這些功能對于確保新能源汽車的能效、續(xù)航里程和整體性能具有重大意義。電子控制系統(tǒng)的核心組成部分通常包括電池管理系統(tǒng)（BMS）、電機控制單元（MCU）、車輛控制單元（VCU）以及其他輔助控制模塊，如車載充電控制器、能量回收系統(tǒng)等。BMS負責監(jiān)測和管理電池組的狀態(tài)，確保電池安全、高效地工作；MCU控制電動機的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)車輛的動力輸出；VCU則作為車輛各控制系統(tǒng)之間的“大腦”，協(xié)調(diào)各個子系統(tǒng)的工作，以實現(xiàn)復雜的車輛控制策略和駕駛模式。純電動汽車的結構原理如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)構成和工作原理

新能源汽車電子控制系統(tǒng)的構成復雜，涵蓋了眾多子系統(tǒng)和模塊，每個部分都承擔著特定的功能，共同確保車輛的高效、安全運行，見下表1。

新能源汽車電子控制系統(tǒng)通過集成的傳感器網(wǎng)絡實時監(jiān)測車輛的各項性能參數(shù)，如電池電量、電機狀態(tài)、車速、制動情況等。這些數(shù)據(jù)被實時傳輸至各個控制單元進行分析處理；MCU根據(jù)駕駛需求和VCU的指令調(diào)節(jié)電動機的輸出，以提供最優(yōu)的動力性能；VCU則根據(jù)車輛運行狀態(tài)和駕駛員的指令，綜合決定車輛的運行策略，包括動力分配、能量回收強度等。電子控制系統(tǒng)中的各個組件通過車輛內(nèi)部通訊網(wǎng)絡（如CAN總線）緊密連接，實現(xiàn)信息的快速交換和命令的及時傳遞，提升了車輛的性能和經(jīng)濟性，增強了行駛的安全性和舒適性[2]。

1.3 對新能源汽車性能的影響

新能源汽車電子控制系統(tǒng)對車輛性能的影響是全方位的，通過精細的管理和控制，系統(tǒng)確保了新能源汽車在安全性、可靠性、經(jīng)濟性及舒適性方面的卓越表現(xiàn)。在提高能源效率方面，電子控制系統(tǒng)通過對電池管理系統(tǒng)（BMS）的優(yōu)化，顯著提升了電池的使用效率和壽命。BMS能夠?qū)崟r監(jiān)測電池的充放電狀態(tài)、溫度和健康狀況，通過智能算法調(diào)整充放電策略，避免過度充電或放電，從而最大化電池的有效能量輸出和使用周期。在優(yōu)化駕駛體驗方面，電子控制系統(tǒng)通過精確控制電機，提供了平順且響應迅速的動力輸出，使得新能源汽車在加速和爬坡等性能上能夠與傳統(tǒng)燃油車競爭。電機控制單元（MCU）的高效控制不僅確保了動力的即時響應，也保障了運行過程的安靜和平穩(wěn)，大幅提升了駕駛的舒適性。車載信息系統(tǒng)的集成，如智能導航、實時路況信息、娛樂通信等功能，進一步豐富了駕駛體驗，使得新能源汽車成為智能化出行的首選。

2 關鍵性技術分析

2.1 電池管理系統(tǒng)（BMS）

電池管理系統(tǒng)是新能源汽車電子控制系統(tǒng)中的關鍵組成部分，其主要職責是監(jiān)控和管理單體電池和整個電池組的電壓、電流、溫度等參數(shù)，以及電池的充電和放電過程，能夠評估電池的健康狀態(tài)和剩余壽命，預測電池的性能，從而實現(xiàn)對電池的有效管理和保護，電池管理系統(tǒng)的結構框圖如圖2所示。一方面，BMS通過實時監(jiān)控電池狀態(tài)參數(shù)，能夠及時發(fā)現(xiàn)電池的異常情況，如過充、過放、過熱等，通過采取相應的保護措施，如斷開電池輸出、控制充電電流等，防止電池損壞，確保車輛安全。另一方面，通過對電池充放電策略的智能調(diào)控，BMS可以優(yōu)化電池的工作狀態(tài)，減少能量損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率[3]。同時，BMS還可以實現(xiàn)電池組中各個單體電池的均衡管理，確保電池組中每個單體電池的充放電狀態(tài)一致，避免因電池不平衡而加速電池老化。

2.2 電機控制系統(tǒng)

電機控制系統(tǒng)直接影響著汽車的動力性能、能效比和駕駛體驗。其核心在于能夠?qū)崿F(xiàn)對電動機運行狀態(tài)的精確控制，包括啟動、加速、巡航、減速和停止等各個階段。通過對電動機輸入電流和電壓的實時調(diào)節(jié)，電機控制系統(tǒng)能夠根據(jù)駕駛需求和外部條件變化，提供平順且響應迅速的動力輸出。在起步和加速過程中，控制系統(tǒng)會增加電動機的功率輸出，以確保足夠的動力；而在巡航階段，則調(diào)節(jié)至最佳工作點以提高能效比；在制動或下坡時，則通過調(diào)節(jié)電機進入能量回收模式，將動能轉(zhuǎn)換為電能存儲于電池中，提高整車的能量利用效率，電機驅(qū)動系統(tǒng)基本組成如圖3所示。因此，新能源汽車電機應具備以下要求：

（1）高電壓。在允許的范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，可以減小電動機的尺寸和導線等裝備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本；

（2）轉(zhuǎn)速高。電動汽車所采用的感應電動機的轉(zhuǎn)速可以達到 8000-12000r/min，高轉(zhuǎn)速電動機的體積較小，質(zhì)量較輕，有利于降低裝車的裝備質(zhì)量；

（3）電動機應具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和較大范圍的調(diào)速性能，以滿足啟動、加速、行駛、減速、制動所需的功率與轉(zhuǎn)矩。能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電；

（4）電動汽車驅(qū)動電動機需要有4-5倍的過載，以滿足短時加速行駛與最大爬坡度的要求；

（5）電動汽車驅(qū)動電動機應具有高的可控性、穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)性能，以滿足多部電動機協(xié)調(diào)運行，而工業(yè)驅(qū)動電動機只要求滿足某一種特定的性能；

（6）電動機應具有高效率、低損耗，并在車輛減速時，可進行制動能量回收；

（7）電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性應達到有關的標準和規(guī)定。

電動機在高負荷工作時會產(chǎn)生大量熱量，若不及時有效地進行散熱行為，將影響電機的性能和壽命。而電機控制系統(tǒng)通常與電機的冷卻系統(tǒng)緊密配合，通過監(jiān)測電機溫度并調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的工作狀態(tài)，確保電機在最佳溫度范圍內(nèi)運行，從而保障電機的可靠性和長期穩(wěn)定性。

2.3 車載信息系統(tǒng)

從駕駛輔助和安全性的角度來看，車載信息系統(tǒng)通過集成的傳感器、攝像頭和雷達等設備，能夠?qū)崟r監(jiān)測車輛的周圍環(huán)境，為駕駛員提供實時的交通信息、路況警告以及自動緊急制動、車道保持輔助等功能，其提升了駕駛的便利性，更重要的是提高了行車的安全性。如ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）通過 OTA 持續(xù)升級，優(yōu)化不在法律法規(guī)范圍內(nèi)行人/車輛表現(xiàn)、新增商用車車型及新交通標志的感知識別、優(yōu)化功能控制邏輯及增加新的自動駕駛特性等，可以在識別到潛在碰撞風險時自動采取措施，減少事故的發(fā)生。從用戶體驗的角度來看，車載信息系統(tǒng)通過先進的人機交互界面，如觸摸屏、語音控制和增強現(xiàn)實（AR）顯示等，提供了豐富的娛樂和信息服務。駕駛員和乘客可以通過車載系統(tǒng)訪問音樂、視頻、導航和在線服務等內(nèi)容，使長途駕駛變得更加輕松愉快[4]。

3 結論

本研究對新能源汽車電子控制系統(tǒng)的關鍵性技術進行了深入探討，重點分析了電池管理系統(tǒng)（BMS）、電機控制系統(tǒng)和車載信息系統(tǒng)這三個核心組成部分，以及它們對新能源汽車性能的顯著影響。電池管理系統(tǒng)的高效運作是確保電池安全性和延長使用壽命的關鍵，而電機控制系統(tǒng)的精確調(diào)節(jié)則直接影響著車輛的動力性能和能效。車載信息系統(tǒng)的發(fā)展豐富了駕駛體驗，也為新能源汽車的智能化和網(wǎng)絡化提供了強有力的支持。綜上，新能源汽車電子控制系統(tǒng)的關鍵性技術研究對于推動新能源汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。未來研究應更加關注系統(tǒng)的集成性和智能化，深化對新能源汽車電子控制技術的理解，不斷探索創(chuàng)新的解決方案，以應對日益復雜的市場需求和技術挑戰(zhàn)。

基金項目：2022年校級一流本科專業(yè)點建設項目“電氣工程及其自動化校級一流本科專業(yè)建設點”（編號：鄭工教[2022]4號）；河南省教育廳2023年度大學生校外實踐教育基地擬立項建設項目“鄭州工業(yè)應用技術學院新工科（電氣工程及其自動化）大學生校外實踐教育基地”（編號：教辦高〔2023〕309號）；2020年度河南省高等學校優(yōu)秀基層教學組織建設項目“鄭州工業(yè)應用技術學院電氣工程教研室”（編號：教辦高〔2020〕101號）。

參考文獻：

[1]高古鵬.新能源汽車電子控制技術及要點分析[J].專用汽車，2024（01）：59-61.

[2]李美佳.新能源汽車中的電子控制技術分析[J].電子技術，2023，52（12）：158-159.

[3]馬小敏.新能源汽車電子轉(zhuǎn)向自動控制系統(tǒng)設計研究[J].汽車測試報告，2023（03）：62-64.

[4]楊楠，趙婧.新能源汽車電控技術應用與發(fā)展研究[J].專用汽車，2022（11）：22-24.