新能源汽车电子控制的关键技术研究

摘 要：随着全球对可持续能源和环保要求的日益增长，新能源汽车发展已成为汽车行业的重要趋势。在新能源汽车的核心组成部分中，电子控制系统直接影响着汽车的性能、安全性和用户体验。但随着技术的发展和市场的扩大，电子控制系统面临着越来越多的挑战，需要创新的技术解决方案及对现有系统进行深入的分析和优化。因此，文章就新能源汽车电子控制系统的关键性技术及其面临的挑战展开探讨，旨在通过对电池管理系统（BMS）、电机控制系统和车载信息系统等关键技术的深入分析，识别当前的技术瓶颈，并探索创新技术的发展趋势，以期望为新能源汽车的未来发展提供理论支持和实践指导。

关键词：新能源汽车 电子控制 控制系统

随着全球对环境保护意识的增强以及可持续发展目标的推进，新能源汽车成为汽车行业发展的重要方向。其不仅受到环境压力的驱动，也是技术进步和消费者需求变化的结果。新能源汽车以其零排放、低噪音和高能效等特点，被视为减少城市污染、降低化石能源依赖的有效途径。系统的效能受到其组成部分性能的限制，因此电子控制系统的优化是提升新能源汽车整体性能的关键。电子控制系统是新能源汽车的神经中枢，负责整车的能量管理、动力控制、信息交互等关键功能。如何提高电子控制系统的性能，不仅直接关系到汽车的动力效率和安全性，也影响到用户的驾驶体验。电池管理系统（BMS）、电机控制系统以及车载信息系统的优化和创新不仅能提高能源使用效率，还能增强车辆的可靠性和安全性[1]。高效的电池管理系统可以延长电池寿命，提高能量利用率；精确的电机控制系统能够提供更好的动力性能和驾驶体验；而先进的车载信息系统则能够提供更丰富的交互功能和更高级的驾驶辅助服务。综上所述，本文就新能源汽车电子控制系统的关键性技术展开探讨，以期为新能源汽车的未来发展提供有益的参考和指导。

1 新能源汽车电子控制系统概述

1.1 新能源汽车电子控制系统定义

新能源汽车电子控制系统用于实现对车辆动力、能量管理、驾驶辅助以及车辆信息通信等方面的智能控制，其通过高度集成的电子设备和软件算法，对车辆的各项关键性能参数进行实时监控、分析和调节，以保证车辆的高效运行、安全行驶和良好的用户体验。新能源汽车中电子控制系统不仅负责传统汽车中的常规控制任务，如制动、转向和稳定性控制，还涉及电能的有效管理、电池状态的实时监测、电机的精确控制等多个额外的复杂功能。这些功能对于确保新能源汽车的能效、续航里程和整体性能具有重大意义。电子控制系统的核心组成部分通常包括电池管理系统（BMS）、电机控制单元（MCU）、车辆控制单元（VCU）以及其他辅助控制模块，如车载充电控制器、能量回收系统等。BMS负责监测和管理电池组的状态，确保电池安全、高效地工作；MCU控制电动机的工作状态，调节车辆的动力输出；VCU则作为车辆各控制系统之间的“大脑”，协调各个子系统的工作，以实现复杂的车辆控制策略和驾驶模式。纯电动汽车的结构原理如图1所示。

1.2 系统构成和工作原理

新能源汽车电子控制系统的构成复杂，涵盖了众多子系统和模块，每个部分都承担着特定的功能，共同确保车辆的高效、安全运行，见下表1。

新能源汽车电子控制系统通过集成的传感器网络实时监测车辆的各项性能参数，如电池电量、电机状态、车速、制动情况等。这些数据被实时传输至各个控制单元进行分析处理；MCU根据驾驶需求和VCU的指令调节电动机的输出，以提供最优的动力性能；VCU则根据车辆运行状态和驾驶员的指令，综合决定车辆的运行策略，包括动力分配、能量回收强度等。电子控制系统中的各个组件通过车辆内部通讯网络（如CAN总线）紧密连接，实现信息的快速交换和命令的及时传递，提升了车辆的性能和经济性，增强了行驶的安全性和舒适性[2]。

1.3 对新能源汽车性能的影响

新能源汽车电子控制系统对车辆性能的影响是全方位的，通过精细的管理和控制，系统确保了新能源汽车在安全性、可靠性、经济性及舒适性方面的卓越表现。在提高能源效率方面，电子控制系统通过对电池管理系统（BMS）的优化，显著提升了电池的使用效率和寿命。BMS能够实时监测电池的充放电状态、温度和健康状况，通过智能算法调整充放电策略，避免过度充电或放电，从而最大化电池的有效能量输出和使用周期。在优化驾驶体验方面，电子控制系统通过精确控制电机，提供了平顺且响应迅速的动力输出，使得新能源汽车在加速和爬坡等性能上能够与传统燃油车竞争。电机控制单元（MCU）的高效控制不仅确保了动力的即时响应，也保障了运行过程的安静和平稳，大幅提升了驾驶的舒适性。车载信息系统的集成，如智能导航、实时路况信息、娱乐通信等功能，进一步丰富了驾驶体验，使得新能源汽车成为智能化出行的首选。

2 关键性技术分析

2.1 电池管理系统（BMS）

电池管理系统是新能源汽车电子控制系统中的关键组成部分，其主要职责是监控和管理单体电池和整个电池组的电压、电流、温度等参数，以及电池的充电和放电过程，能够评估电池的健康状态和剩余寿命，预测电池的性能，从而实现对电池的有效管理和保护，电池管理系统的结构框图如图2所示。一方面，BMS通过实时监控电池状态参数，能够及时发现电池的异常情况，如过充、过放、过热等，通过采取相应的保护措施，如断开电池输出、控制充电电流等，防止电池损坏，确保车辆安全。另一方面，通过对电池充放电策略的智能调控，BMS可以优化电池的工作状态，减少能量损耗，提高能量转换效率[3]。同时，BMS还可以实现电池组中各个单体电池的均衡管理，确保电池组中每个单体电池的充放电状态一致，避免因电池不平衡而加速电池老化。

2.2 电机控制系统

电机控制系统直接影响着汽车的动力性能、能效比和驾驶体验。其核心在于能够实现对电动机运行状态的精确控制，包括启动、加速、巡航、减速和停止等各个阶段。通过对电动机输入电流和电压的实时调节，电机控制系统能够根据驾驶需求和外部条件变化，提供平顺且响应迅速的动力输出。在起步和加速过程中，控制系统会增加电动机的功率输出，以确保足够的动力；而在巡航阶段，则调节至最佳工作点以提高能效比；在制动或下坡时，则通过调节电机进入能量回收模式，将动能转换为电能存储于电池中，提高整车的能量利用效率，电机驱动系统基本组成如图3所示。因此，新能源汽车电机应具备以下要求：

（1）高电压。在允许的范围内，尽可能采用高电压，可以减小电动机的尺寸和导线等装备的尺寸，特别是可以降低逆变器的成本；

（2）转速高。电动汽车所采用的感应电动机的转速可以达到 8000-12000r/min，高转速电动机的体积较小，质量较轻，有利于降低装车的装备质量；

（3）电动机应具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能，以满足启动、加速、行驶、减速、制动所需的功率与转矩。能够实现快速充电；

（4）电动汽车驱动电动机需要有4-5倍的过载，以满足短时加速行驶与最大爬坡度的要求；

（5）电动汽车驱动电动机应具有高的可控性、稳态精度、动态性能，以满足多部电动机协调运行，而工业驱动电动机只要求满足某一种特定的性能；

（6）电动机应具有高效率、低损耗，并在车辆减速时，可进行制动能量回收；

（7）电气系统安全性和控制系统的安全性应达到有关的标准和规定。

电动机在高负荷工作时会产生大量热量，若不及时有效地进行散热行为，将影响电机的性能和寿命。而电机控制系统通常与电机的冷却系统紧密配合，通过监测电机温度并调节冷却系统的工作状态，确保电机在最佳温度范围内运行，从而保障电机的可靠性和长期稳定性。

2.3 车载信息系统

从驾驶辅助和安全性的角度来看，车载信息系统通过集成的传感器、摄像头和雷达等设备，能够实时监测车辆的周围环境，为驾驶员提供实时的交通信息、路况警告以及自动紧急制动、车道保持辅助等功能，其提升了驾驶的便利性，更重要的是提高了行车的安全性。如ADAS（高级驾驶辅助系统）通过 OTA 持续升级，优化不在法律法规范围内行人/车辆表现、新增商用车车型及新交通标志的感知识别、优化功能控制逻辑及增加新的自动驾驶特性等，可以在识别到潜在碰撞风险时自动采取措施，减少事故的发生。从用户体验的角度来看，车载信息系统通过先进的人机交互界面，如触摸屏、语音控制和增强现实（AR）显示等，提供了丰富的娱乐和信息服务。驾驶员和乘客可以通过车载系统访问音乐、视频、导航和在线服务等内容，使长途驾驶变得更加轻松愉快[4]。

3 结论

本研究对新能源汽车电子控制系统的关键性技术进行了深入探讨，重点分析了电池管理系统（BMS）、电机控制系统和车载信息系统这三个核心组成部分，以及它们对新能源汽车性能的显著影响。电池管理系统的高效运作是确保电池安全性和延长使用寿命的关键，而电机控制系统的精确调节则直接影响着车辆的动力性能和能效。车载信息系统的发展丰富了驾驶体验，也为新能源汽车的智能化和网络化提供了强有力的支持。综上，新能源汽车电子控制系统的关键性技术研究对于推动新能源汽车行业的发展具有重要意义。未来研究应更加关注系统的集成性和智能化，深化对新能源汽车电子控制技术的理解，不断探索创新的解决方案，以应对日益复杂的市场需求和技术挑战。

基金项目：2022年校级一流本科专业点建设项目“电气工程及其自动化校级一流本科专业建设点”（编号：郑工教[2022]4号）；河南省教育厅2023年度大学生校外实践教育基地拟立项建设项目“郑州工业应用技术学院新工科（电气工程及其自动化）大学生校外实践教育基地”（编号：教办高〔2023〕309号）；2020年度河南省高等学校优秀基层教学组织建设项目“郑州工业应用技术学院电气工程教研室”（编号：教办高〔2020〕101号）。

参考文献：

[1]高古鹏.新能源汽车电子控制技术及要点分析[J].专用汽车，2024（01）：59-61.

[2]李美佳.新能源汽车中的电子控制技术分析[J].电子技术，2023，52（12）：158-159.

[3]马小敏.新能源汽车电子转向自动控制系统设计研究[J].汽车测试报告，2023（03）：62-64.

[4]杨楠，赵婧.新能源汽车电控技术应用与发展研究[J].专用汽车，2022（11）：22-24.