新能源汽车的电子电工设计革新

新能源客车的电子电工设计革新 前言 5 月 22 日 工信部再次发文 对 中国制造 2025 进行了详细解读 其中 关于 推动节能与新能源汽车发展 方面内容很多 信息量很大 按照 规划 2025 年 中国自主品牌新能源汽车年销量将达到 300 万辆 在国内市场 占 80 以上 而在智能网联汽车方面 2025 年 我国将掌握自动驾驶总体技术 及各项关键技术 建立较完善的智能网联汽车自主研发体系 生产配套体系及 产业群 基本完成汽车产业转型升级 要使汽车能够大量的普及 那么新能源 汽车在电子电工设计必须进行革新 才能使其销量达到预定目标 1 新能源客车的电子电工设计革新的必要 中国汽车行业继续稳坐全球汽车产销量第一的 宝座 但随之而来的却 是一连串的社会问题 原油对外依存度超过 50 的国际公认安全警戒线 汽车尾 气占城市废气超过 65 新能源汽车为全球解决传统能源汽车带来的环境问题 和能源问题提供了最佳的机会 成为全球持续关注的热点 而汽车是现代社会 最主要的交通运输工具 汽车的发展使得石油危机越来越严重 人类生活水平 的提高使得汽车的保有量还会不断增加 但地球上的资源有限 为了能够合理 利用资源 汽车的节能是非常重要的 然而 汽车既是一个复杂的工业产品 又是一种运输工具 其能耗与其本身性能和使用管理水平密切相关 新能源汽 车的电子电工是管理汽车的中枢 所以新能源汽车的电子电工设计是解决汽车 节能问题的重要因素 世界各国都极其重视汽车的节能技术 出台了一系列的 汽车发展的法律法规 明确指导汽车的节能发展方向 并且为此提供了大量的 物力和人力的支持 我国更是大力推动电动汽车的发展 除了政策上 新能源汽车的电子电工设计革新有得天独厚的优势外 在市 场方面 同样也有着无比巨大的市场潜力 新能源汽车作为一个新兴高科技的 产品 它的丰满的科技价值注定了它的市场价格不菲 加上社会基础设施如充 电桩的缺失 这些不利条件必定造成市场用户会少之又少 所以 大力革新新 能源汽车的电子电工设计 可以给用户提供更加完美的用户体验 从而以低成 本的革新稀释了高浓度的价格 能够极大增加市场的认可度 使得用户更好地 接受这个产品 从而才能实现它的商业价值 最终才取得市场的作用 推动新 能源汽车的发展与成熟 所以 新能源汽车的电子电工设计革新势在必行 2 新能源汽车电子电工设计革新的方向 新能源汽车电子控制的关键性技术研究在新能源汽车的组成中 电子控制 单元ECU的好坏直接关系到整个车辆的动力效率 控制策略以及安全可靠性 研 制出一种适合纯新能源汽车的电子控制单元 ECU 具有十分重要的意义 电子控制单元 ECU 系统是新能源汽车的大脑 由能源管理系统 能源再生 制动等多个子系统构成 其中每个子系统的部件一般包括有信号处理部分 传 感器 控制策略系统 执行系统 电控 诊断电路 指示电路等组成 虽然 不同新能源汽车上的电控系统存在区别 但总体来说一般都包能量管理系统 能源再生制动系统 电动助力转向系统 电机控制系统以及动力总控系统 因 此 新能源汽车的控制功能是各个子系统综合实现的 3 电机控制发展方向 其实 除了不一样的驱动方式 新能源汽车与传统汽车并无本质的区别 更佳的驾驶与乘坐体验和更高安全性依然是汽车设计的主要挑战 富士通半 导体 上海 有限公司市场总监王钰指出 在舒适性和安全性上 视频技术获 得越来越广泛的应用 而电机作为新能源汽车的核心部件 高效率 高性能的 控制技术是实现舒适性和安全性的重要保障 随着新能源汽车技术逐渐成熟 电机控制系统面临越来越高的要求 用于 无传感器矢量控制的复杂算法和高级建模需要出色的处理能力 需要具有性能 效率 易用性以及成本方面的综合优势 MB91580 系列就内置可适用于电动及 混合汽车电机控制的 CPU 内核和外设功能 值得一提的是旋转变压器感应器内 置了专用接口电路 可降低系统成本 并通过实现驱动电机必须的高转矩响应 控制过程达到改善电机运行和降低能耗的目的 高效率 低成本地实现高转矩汽车电机的控制过程极具挑战性 MB91580 系列通过集成关键外设功能实现了降低系统成本 高速反馈控制 达 到改善电机运行和低能耗的目的 MB91580 集成的主要功能特性还包括 具有 高精度检测电流和电机位置的 12 位 A D 转换器和 R D 转换器 R D 转换器检测 电角度 与检测三相电流的 A D 转换器同步 集成专用计算电路 因此可自动计 算内置 R D 转换器检测到的电角度的正弦和余弦值 除了解决方案本身的性 能特性外 电机控制相关算法也非常关键 富士通可以提供包括成熟的 180 度 变频控制在内的各种核心关键算法 因此在新能源汽车的电机控制领域具有特 殊的技术优势 4 能源管理系统发展方向 能源和环境问题已经成为阻碍当今社会发展的两大突出问题 为寻求人类社 会的可持续发展 新能源汽车的开发利用越来越受到世界各国政府的高度重视 电池模块是新能源汽车的动力源泉 其性能的优劣直接影响新能源汽车的续驶 里程和性能 作为新能源汽车的智能核心 能量管理系统 Energy Management System EMS 可以使电池模块的性能得以充分发挥 减少电池模块故障 实现 最佳的充电方式 延长电池模块的使用寿命 增加新能源汽车的使用安全感 因此 EMS 在新能源汽车整车设计过程中备受科研人员和使用者的重视 4 1 国外能量管理系统研究现状 国外新能源汽车的研究起步早 并且在能量管理方面做了大量的理论和实 践工作 目前对于 EMS 的研究主要集中在以下三个方面 电池组的专家诊断系 统 荷电状态 SOC 和健康状况 SOH 的估计 电池组的均衡管理策略 4 2 国内能量管理系统研究现状 国内 EMS 的研究起步较晚 近年来 在国家 863 计划的推动下 也取得了 一定的成果 1 电池组的专家诊断系统 郑杭波等以模糊数学与模糊诊断原理为基础 建立了电池组故障诊断模糊专 家系统的模型 给出了专家系统所用规则 历史档案数据内容以及电池组运行 性能评估的算法 静态 SOR 评估算法 2 荷电状态 SOC 和健康状况 SOH 的估计 北京航空航天大学从 2000 年开始启动电池管理系统的研发工作 研制的镍氢 电池管理系统具有电流 电压及电池箱温度的采集 SOC 和 SOH 估计等功能 王建群等人为 BK 6121EV 研制的铅酸电池管理系统以单片机为核心 采用分布 式结构 可以实时参数检测 故障诊断 危险信号报警和热管理等功能 3 电池组的均衡管理策略 力高新能源研发出的 LIGOO EBB 智能均衡系统 采用高频开关电路并设计 了优秀的散热结构 电池均衡电流达到 1A 实现了安培级均衡的管理系统 4 3 能量管理系统的发展方向 1 电池安全预警技术关系到新能源汽车能否正常运行 将是 EMS 的重要研究 方向之一 2 目前 国内外比较成型的 EMS 技术主要是针对某一动力系统设计的 效果 比较好 但是很难用在其它汽车的动力系统上 因此 研究更具通用性的 EMS 已经成为目前的发展方向 5 动力总成控制系统发展方向 动力总成控制系统由以下部分组成 动力总成控制单元 发动机电控单元 电机控制器 AMT控制器及动力电池管理系统 其中动力总成控制单元用以确定 发动机与电动机输出功率的比例 以满足汽车的动力性能 经济性 排放性等性 能指标 保证换档操作过程的平顺性 动力总成控制系统方面 采用低功耗硬件设计和高效能量管理策略 通过 唤醒技术 在停车状态时仅保持网络监听机制 在运动状态时 根据油门踏板 制动踏板 车速 当前档位等信号信息 并参考发动机 AMT 电机 电池 ABS 的工作状态 依据预设的能量管理策略对发动机 电机进行扭矩 转速等 控制 使车辆处于高效运作模式 提高能量利用率 通过项目实施 突破了整 车控制算法核心技术 具备了开发多种新能源控制器的基础设计能力 6 总结 新能源汽车三大核心技术 整车控制器 VCU 电机控制器 MCU 和电池管 理系统 BMS 是最重要的核心技术 对整车的动力性 经济性 可靠性和安全 性等有着重要影响 如果对于整车控制单元的电池管理系统和电机控制单元能 够做出突破性的发展 新能源汽车就能够大幅度的普及 图 1 整车控制单元 7 参考文献 1 罗少文 我国新能源汽车产业发展战略研究 D 复旦大学 2008 2 孙浩然 日本新能源汽车产业发展分析 D 吉林大学 2011 3 薛冬美 我国新能源汽车产业发展战略研究 D 山西财经大学 2011 4 袁中胜 新能源汽车驱动用永磁同步电机的设计 D 哈尔滨工业大学 2013 5 许鹏飞 我国新能源汽车发展的路径和对策研究 D 浙江工业大学 2013 6 潘建亮 我国发展新能源汽车之分析 J 汽车工业研究 2010