电子技术在新能源汽车上的应用

时宣华

(江苏联合职业技术学院扬州分院，江苏 扬州 225003)

0 前言

近年来，电子技术在汽车领域，特别是在新能源汽车领域得到广泛应用。例如，运用电子元件控制汽车设备，可实现车辆高效、卓越的响应性。基于电子控制技术的汽车指示灯、照明灯、方向盘、雨刮器、扬声器及其他汽车设备，其性能有很大的提高。

1 新能源汽车发展的困境

1.1 市场发展不均衡

中国新能源汽车的应用多集中于一线城市，这是因为一线城市拥有较多的充电桩，新能源汽车购车补贴力度相对较大。三、四线城市的消费者对购买新能源汽车持观望态度，主要有2方面原因：① 三、四线城市拥有的充电桩数量相对较少，难以满足用户的日常需求。与燃油汽车加燃油时间相比，新能源汽车充电时间较长，时间成本较大。② 消费者认为政府给与的新能源汽车购车补贴力度不大，购买成本高于燃油汽车。因此，目前国内新能源汽车市场呈现不同城市发展不均衡的状况。

1.2 核心技术缺乏

新能源汽车经历了实用知识、开发创新、市场推广和共同开发等4个发展阶段。节能减排一直都是新能源汽车推广的标签。经过多年发展，我国新能源汽车从不同技术路线出发探索了节能减排解决方案，推动了新能源汽车动力系统的革新，为节能减排作出了贡献。但是，仅靠环保这个标签仍不足以让新能源汽车在传统汽车行业中获得较大的竞争优势，新能源汽车的核心技术才是其发展的基础。新能源汽车核心技术是动力电池技术，尽管我国建立了电池技术研发中心和实验室，但与欧美等发达国家相比，新能源汽车仍缺乏核心技术。

1.3 扶持政策体系不完整

国家相关扶持政策力度对新能源汽车的发展有着重大影响。中国实施新能源汽车补贴政策多年，对新能源汽车市场的发展起到了积极的促进作用，增强了新能源汽车产业的竞争力。然而，随着政府补贴政策的变化，人们对新能源汽车的购买意愿快速下降。

2 新能源汽车电子技术应用的重要性

汽车电子控制系统较为复杂。在传统汽车中，电子控制系统中的传感器和电子控制设备被作为载体，对车辆的运行过程进行有效监控，降低了能耗和废气排放。随着汽车领域电子应用技术的发展，先进的电子传感器已被广泛应用在汽车的电子控制单元，而网络技术和智能控制等电子技术也成为了新能源汽车发展的基础。

目前，新能源汽车以纯电动汽车和混合动力汽车为主。在20世纪初，新能源汽车就已被研发出来，但因没有掌握电子控制及电池发电与储能等技术，新能源汽车在此后的百年内发展缓慢。20世纪80年代，半导体技术取得了突破，半导体器件制造业飞速发展，电池和电子控制装置的性能也逐步稳定，从而促进新能源汽车进入发展的新时代。随着新材料和新制造工艺的应用，动力电池的能量密度越来越高，使纯电驱动成为可能。由于电池内单体发热和老化等问题会影响电池组的整体性能，因此需要运用电子技术对每个电池单体进行监测，控制电池组的能量输出和散热系统的工作，提高了电池使用效率和寿命。

3 电子技术在新能源汽车行业的应用

3.1 电子技术的发展

为了满足人们出行的需求，要不断提高汽车运行的稳定性、安全性、舒适性，降低燃油耗和废气排放，因而汽车会不断增加各种电子设备，使现代车辆的电气系统更加复杂，使用的电子元器件更多。

电气工程的发展可分为传统电气工程及现代电子和电气工程两个阶段。传统的电子设备主要由二极管和晶闸管组成，是早期电力电子仪器中最具代表性的器件，具有高成品率和低功耗等优势。现代电子和电气设备则集成了电气自动化技术，由相关元器件和控制系统组成，对提升企业生产效率，促进企业智能自动化发展具有重要作用。与传统的电子技术不同，现代电子技术更适合现代工业发展的要求。关于电气自动化技术的研究和推广应用，我国制定了详细的计划，特别是分布式控制系统的研究和应用。目前，我国在电气自动化技术研究的基础上，推出了快速晶闸管、逆变晶闸管和双向晶闸管等相关设备，电子技术也正朝着高频应用技术、模块化硬件结构和绿色产品性能等方向发展。

在新能源汽车行业中，电动汽车电子技术涵盖了直流-直流(DC-DC)和直流-交流(DC-AC)的所有变换，具有较高的应用价值。

3.2 电子技术的应用

电动汽车技术与电子技术有着密切的关系，其技术关键点如图1所示。

图1 电子技术与电动汽车技术的关系

电动调速系统一般包括直流电动机的斩波器和交流电机的逆波器。与传统汽车相比，在电动汽车上主要增加了斩波器、逆变器、能量转换器、电机及其驱动控制系统。

斩波器的工作方式有2种：① 脉宽调制方式。调制周期不变，改变每次开关接通的时间。② 频率调制方式。每次开关接通的时间不变，改变调制周期(易产生干扰)。目前，电动汽车主要由直流电机驱动。

电动汽车的电机通常采用永磁同步电机矢量控制方式(图2)。在矢量控制下，通过切换处理来控制交流电机的功率和转矩。直流电机在保持磁场方向的同时模拟转矩控制，使交流电机的动态功率与直流电机的动态功率相当。电动汽车电机在基本转速下的运行被称为恒转矩运行，最大转矩控制则用于插入式磁同步电机的转矩响应，可提高电机的负载能力和车辆性能，使车辆适应加速、负载爬坡、频繁启动停止等复杂工况。在控制驱动器效率方面，通过对脉冲宽度的空间矢量宽度进行调制，将电机变成具有恒定振幅的圆形旋转磁场，并以三相对称正弦电压下永磁同步电机的理想流量循环为测量基准，利用逆变器不同开关方式产生的有效流量矢量来跟踪理想流量循环。

图2 永磁同步电机矢量控制简图

为满足消费者的需求和提升消费者的驾驶体验，汽车制造商在电动汽车电力驱动方面进行了技术创新，提高了车辆的性能。图3为电动汽车电力驱动系统功能模块示意图。

图3 电动汽车电力驱动系统功能模块示意图

在消费者选购汽车时，汽车安全性是重要的参考指标。电子信息技术在汽车安全系统中被广泛应用，主要体现在移动网络通信或全球定位系统方面。集成的安全系统主要由传感器和控制器组成，先进的电子集成技术和信息化技术可以确保汽车在行驶过程中的安全。

引发交通事故的原因不仅有汽车自身的不确定因素，还有驾驶员的操作、道路状况和天气等因素。汽车主动安全系统是相互制约的系统技术(图4)。

图4 汽车主动安全系统示意图

构建以计算机和通信技术为核心的主动安全系统，用以协调人、车辆和环境之间的相互作用，并使各自特性达到最佳匹配，确保车辆实现安全、高效和舒适的驾驶。随着车辆中电气部件的增多，通过提升发电部件的功率和效率，车辆性能、安全性和功能也得到较大的改善。

4 结语

在现代汽车设计和制造中，电子信息技术和人工智能技术的应用越来越广，汽车的生产制造开始向电子化、智能化方向发展，汽车的整体性能得到了极大提升。现代电子技术在新能源汽车上的运用，使其在降低污染和噪声、提高智能化程度方面有很大的改善，是未来电动汽车电气驱动系统的发展方向。