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新能源汽车电控技术应用与发展研究

[《时代汽车》2022年第5期], 国研网 发布于 2022/8/26


与时代共同进步的是科学技术,不同时期对科技有着不同程度的要求,改革开放后我国对科技的要求曾经是工业生产力的强大,然而随着不断发展,我国的经济实力和工业生产力获得长足提升,对环保问题有了更多考虑,其中汽车行业作为国家重要的经济支柱和国民的主要出行方式,其排放问题成为了环保问题的重点之一,新能源汽车的全面普及应用和技术改革呼声广泛。新能源汽车的出现和相应技术的不断发展有两方面因素,一是环保要求,二是科技进步,新能源汽车的重点技术之一正是电控,如何在保证充分运用清洁能源以降低排放的同时提升汽车性能正是新能源汽车研究的重要内容,作者也正是基于这样的思路展开论述。

摘要:与时代共同进步的是科学技术,不同时期对科技有着不同程度的要求,改革开放后我国对科技的要求曾经是工业生产力的强大,然而随着不断发展,我国的经济实力和工业生产力获得长足提升,对环保问题有了更多考虑,其中汽车行业作为国家重要的经济支柱和国民的主要出行方式,其排放问题成为了环保问题的重点之一,新能源汽车的全面普及应用和技术改革呼声广泛。新能源汽车的出现和相应技术的不断发展有两方面因素,一是环保要求,二是科技进步,新能源汽车的重点技术之一正是电控,如何在保证充分运用清洁能源以降低排放的同时提升汽车性能正是新能源汽车研究的重要内容,作者也正是基于这样的思路展开论述。

关键词:新能源,电控技术,发展现状

国家和民族不断发展、自强不息的动力正是创新精神,创新对国家经济发展和科技进步具有不可忽视的重要作用,但是值得一提的是,如今国际的发展大背景是可持续发展和共同进步,因此任何国家在发展经济和科技的同时都要注重环境保护问题,绝不能为了一时的眼前利益忽视长期发展。汽车行业从诞生之初就一直飞速进步,如今已经非常普及,但是随着汽车的使用人数不断增加,其尾气排放带来的温室效应等严重威胁到了我们的生存环境,因此继以汽油为燃料的传统汽车后,新能源汽车的概念被提出并迅速落实到应用,虽然如今还无法全面替代传统汽车,但是这一趋势已经出现。对于这种未来必然普及化的技术,世界各国都投入了大量精力进行开发,试图找到最符合新能源汽车发展的途径,其中汽车的电控系统会在很大程度上影响其舒适性和功能性,因此,也就成为了研究中的热门话题,本文由此展开。

1 新能源汽车电控系统关键技术概述

新能源汽车和传统的以汽油为主要驱动力的汽车的区别并不仅仅体现在能源供给上,新能源汽车代表的除了汽车能源的变革外也是电子技术的全面进步,两种不同类型的汽车的电控系统差异巨大,传统汽车将电控系统作为汽车的辅助系统,而电气传动装置则成为了新能源汽车的主要动力源[1],现就汽车电控系统的四大主要技术进行简述:

1.1 新能源汽车电池管理系统概述

电池的一致性是新能源汽车电控技术发展的关键,也是车载动力电车能够驱动汽车的根本原因,电控系统中的电池管理系统能够实现这一目标,实现车载动力电池和汽车动力电池组的联动,让新能源汽车具有不输传统汽车的动力系统。电池管理系统的原理是将各个不同的个体电池的温度、电压与电流等数据收集并同步管理,通过实时监督的方式确保电池组之间的协同合作,避免电池过载的情况的发生[2]

在新能源汽车的电控系统中,电池管理系统的制造和运行成本相对较高,但和传统汽车中的内燃机电力系统等相比其仍然具备优势,在电池管理系统中最重要的组成部分就是蓄电池,因为这是新能源汽车唯一的动力系统,如果蓄电池发生问题新能源汽车将无法驱动,铅酸电池、镍铬电池、镍氢电池、锂离子电池等均是比较常见的系能源蓄电池,在新能源汽车的开发中具有不同程度的应用。其中锂离子电池的应用最广泛,由于其电压平台高求储能较大的优势,因此很多新能源汽车品牌都喜欢用锂电池作为主要功能技术[3]。当然,作为一种还没有完全成熟的技术,锂离子电池的使用寿命还不够长,不能完全满足汽车的长期使用要求,更何况其储能大的同时也带来一定的安全隐患,因此,新能源汽车的电池管理系统和电池技术仍然在不断研发中。

1.2 新能源汽车电机驱动控制系统概述

汽车的驱动系统主要包括机械和电器两大方面,而电器系统中又有电动机、功率转换器和控制器这三个主要组成,三者共同决定了汽车的起步速度和最高时速,是将能源直接应用于驱动的汽车中枢系统。从技术角度来看,如今的新能源汽车在在电气技术方面遇到的主要问题是直流电机散热速度不足,且发动机的店刷工作过程中会产生一定程度的电磁辐干扰,导致电控系统的控制力度短暂降低。直流电机的散热问题本身难以解决,因此不同国家的研究者纷纷另辟蹊径,其中美国、日本和意大利等国家重点研究在新能源汽车驱动中交流发动机对直流电机的替代[4];我国将重点放在多态电机驱动的研发及其在汽车控制系统中的应用上;还有国家选择通过开发永磁电机的方式全面提升新能源汽车驱动系统的性能,利用永磁电刷强化原本的直流电机,从而实现汽车的无级变速功能,应用这种技术的汽车在起步速度和速度调节方面更加灵活,更受欢迎,随着IGBT等功率模块的出现,永磁直流电机得到进一步强化,其速度调控能力再次得到增强[5]

1.3 新能源汽车能源回馈系统概述

能源回馈系统的研究是新能源汽车开发的能源再利用的必要环节,目前在考虑汽车动力学特性、电机动力特性的方面,通过变频器的作用达到95%以上的再生能量回收利用,这里笔者简要叙述制动能量回馈系统。相对于传统汽车的制动能量转化为热量散发到周围环境中去,制动能量回馈系统可在汽车制动过程中,将牵引电机转换为发动机,依靠车轮拖动电机产生电能和车轮制动力矩,从而将制动能量转化为电能储存起来,达到提高汽车续航里程的目的。能量回馈系统在新能源汽车的发展中发挥着不可或缺的作用,未来的应用领域也是非常可观的[6]

1.4 新能源汽车电动助力转向系统EPS概述

动力助力转向系统经过了常规液压动力转向系统、电子控制液压动力转向系统、电动助力转向系统三个发展阶段,并有继续向电子化和智能化发展的趋势。电动助力转向系统的工作原理是在机械转向系统基础上加入电机作为动力源,以电动助力代替液压助力;具有节能环保、高性能化、可控性高、重量轻、工作可靠性好、制造成本低等特点。电动助力转向系统最先于1988年日本铃木公司投入应用,此后此技术得到了迅速的发展,美国和德国相继研制出各自的EPS系统。经过数十年的发展,EPS的各项技术都日趋成熟,在控制方式和助力方式方面得到优化,其应用范围和影响力不断扩大。我国在动力助力转向系统的研究与开发比较关注,但国内部分大学、研究机构、汽车系统公司在这方面的研究限于理论分析和仿真模拟[7]

2 新能源汽车电控技术在我国的发展机遇

我国国务院曾经下发文件对我国汽车总体排放量做出规划,要求我国所有汽车拥有者和使用者节制适用汽车,呼吁购买汽车的人更多的选择新能源汽车以实现节能减排目标。在新能源汽车还没有投入使用的时候,我国际已经开始大力推广混合能源汽车作为传统汽车向新能源驱动的过渡,虽然世界其他国家对此的呼吁力度并不都像我国一样强烈,但是新能源汽车全面普及的必然趋势还是显而易见的。

除了国家层面的广泛呼吁外,从客观角度来看,新能源汽车也是对能源的高效利用方式,将原本用于驱动汽车的能源替换为可以通过清洁生产方式获得的电能,即使是混合动力依然可以节省部分资源,从而提升国家的资源储备量和综合实力。而且除了国家的要求和科技发展对能源的高效利用外,随着生活水平的不断提升所有人的环保意识也得到了增强,大家意识到了保护环境不仅是国家的号召,更是关乎到每个人的生存环境,因此对哪怕新能源驱动技术没有完全成熟且比较昂贵,但民众对新能源汽车的应用还是有了更高的接受[8]

3 新能源汽车电控技术的发展趋势

3.1 混合动力汽车对新能源汽车的过渡作用

顾名思义,混合动力汽车是一种将内燃机技术和新能源驱动技术共同运用的汽车驱动方式,在分类上混合动力汽车属于电动汽车,但是从实际角度来其更应该被称之为“半电动汽车”,不过即使没有完全实现电力驱动,但是其环保的理念和对资源的节约与传统汽车相比依然优势明显。在新能源汽车相关技术完全成熟以前,混合动力汽车很有可能替代传统内燃机汽车占领广阔的汽车市场,这种现象不仅是新能源汽车到来前的铺垫,更是技术革新过程的具象化体现之一。

3.2 新能源汽车对传统汽车的全面替代

用传统的眼光来看,电力并不属于清洁能源,因为在过去只能通过烧煤等有限手段发电,再将电力应用于其他活动中,这一过程中不但有不低的能源浪费,而且发电过程严重污染环境。但是,如今随着各种清洁发电技术的出现,电力成为了清洁能源的代表,水力发电、风力发电、潮汐发电与太阳能发电等都不会对环境产生任何污染且非常节约资源,因此,以电力驱动的汽车当然是清洁的新能源汽车,基于环保的大背景,新能源汽车对传统内燃机汽车的代替只是时间问题。新能源汽车的优势不仅在于零排放,其电力驱动的特性也带来了低噪音的优点,无论是尾气污染还是噪音污染都几近于无,且能量转化率非常高,实现了节能要求。不仅如此,新能源汽车的内部结构相对简单,在控制和维修方面更加容易,从各个角度来看都是汽车未来发展的必然取向,唯一的问题是新能源汽车的蓄电池技术还不过硬,以锂电池为主的蓄电池续航能力较差,需要频繁充电维持汽车运行,但科技的不断发展一定会解决这一问题,从而令市面上的汽车都成为新能源驱动,为节能和环保工作做出贡献[9]

3.3 通过燃料电池技术对新能源技术进行补充

在完全实现可再生清洁能源的全面应用之前,可以将燃料电池技术作为新能源汽车的主要驱动力,虽然这一技术并不能实现零排放,但是却能够实现“节能环保”战略中的“节能”,因为燃料电池的分支之一为生物燃料技术,而生物燃料具有高度可再生性,农村生产活动中价值较低的秸秆等即可加工燃料的原材料使用,甚至草根、树叶等也是潜在的能源。从技术角度来看,燃料电池技术仍然属于内燃机技术的衍生之一,也就是说并没有脱离传统汽车能源系统制造技术的桎梏,依然会存在汽车尾气排放从而污染环境的问题,但是与以汽油为主要燃料的传统汽车相比,这种技术最起码在能源消耗方面更低,因此,在清洁能源短期内无法完全替代传统汽车的情况下,电池燃料在汽车制造中的应用依然有可预期的大好前景[10]。不过,我国当前主要致力于新能源汽车的全面开发,在燃料电池研究方面并不突出,基于市场需要,可以考虑适当将研究精力向燃料电池方面偏移,以期在汽车制造领域获得更高的市场竞争力。

4 结语

汽车作为现代科技的重要成果,为运输活动和人们的日常出行提供了很大便利,但是随着使用人数的不断增加,也成为了大气污染的主要来源之一,但想要限制汽车的数量是很困难,所谓“由俭入奢易,由奢入俭难”,当享受到了科技带来的便利后就很难坦然接受曾经的各种不便,因此,只能从清洁能源的角度入手缓解汽车污染,并随着清洁能源的不断开发和普及逐渐将这一类型的污染消弭于无形,由于环保是国际社会的广泛呼声,从中也不难看出新能源汽车对传统汽车的全面代替是国际化趋势。虽然各国科学家对新能源汽车各项关键技术已经有了比较深入的研究,但是蓄电技术作为汽车电控的核心依然没有取得理想的突破,其实际应用能力有待加强,文中论述了几种当前新能源汽车的关键电控技术,对新能源汽车的未来发展机遇和趋势做出了客观评价,作者也由衷希望其对传统汽车的全面替代能尽快完成,为节能环保理念下的可持续发展观的践行添砖加瓦。

参考文献:

[1]曹海燕,戴旭东,凌锐.浅谈新能源汽车故障检修现状及发展措施[J].汽车实用技术,2022473):203-206.

[2]蒋明泰.零售商的销售努力行为对闭环供应链决策的影响——以新能源汽车供应链为例[J].时代经贸,2022191):17-21.

[3]陈凌宇,刘敏,钱洲亥,等.新能源汽车动力电池模组智能制造装配技术研究[J].制造业自动化,2022441):187-190.

[4]毛玲,邓思文,赵登辉,等.新能源汽车监测平台在行驶和充电场景中的应用与思考[J].电工技术学报,2022371):48-57.

[5]邱晨曦.新能源汽车检测与维修现状及发展对策分析[J].黑龙江科学,20211224):145-146.

[6]刘明岩,丁芳.新能源汽车车身维修流程优化仿真研究[J].太原学院学报(自然科学版),2021394):48-52.

[7]史龙飞,王兵维.电子诊断技术在新能源汽车检测与维修中的应用[J].电视技术,20214512):154-156.

[8]杨铸鑫.我国新能源汽车发展与动力电池综合测试技术[J].科技创新与应用,20211136):101-103+109.

[9]宋玉聪.太原市新能源汽车产业发展分析[J].产业与科技论坛,20212023):23-24.

[10]苏利阳.我国新能源汽车发展政策实施评估及启示[J].环境保护,20214922):41-47.

作者简介:赵福利:(1979.5—),女,贵州金沙人,大学本科,讲师。研究方向:汽车技术。

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