浅谈电子控制技术在新能源产业领域的应用

张曼 王炳乾

【摘 要】电子控制技术作为目前较为成熟的控制方式之一，已经比较成熟的运用于各个行业领域。它不仅极大地提高了企业生产效率，更为我们的生活带来了很大的便利。本文对电子控制系统做了相关阐述，并重点研究探讨电子控制技术在新能源汽车领域和风力发电领域上的相关应用。

【关键词】电子控制；新能源汽车；风力发电

随着我国新能源产业的不断发展，电子控制技术在各个领域都取得了重大突破，这也奠定了电子控制技术在各领域的重要地位。当前，我国正在极力推广新能源产业化。企业须配合国家政策，努力发掘自身潜力，全方位、多角度地了解企业自身的优势和不足；制定具体的发展策略，努力创新技术，从而提高自身竞争力。

1.电子控制系统概述

电子控制技术是一门运用电子电路实现控制的技术，而以电子技术为核心的控制系统，叫做电子控制系统。在这个系统中有电阻、电感电容等元件，以及二极管、三极管、集成电路等电子器件，它们相互作用、相互依赖、相互影响，形成一个整体，以实现控制的目的。电子控制系统一般分为输入、控制、和输出三个基本组成部分。输入部分能将采集的非电量信息的变化转化为电量的变化，输入信息可以有多种形式，如作用力、温度、湿度、转速等；控制部分一般由具有各种控制功能的电子电路或者微处理器组成，它能对送入的电信号进行对比、分析和处理；输出部分由电磁继电器、电动机等多种执行机构组成，输出信号也有多种形式，如声音、温度、转速等。电子控制系统能直接影响设备的控制性能、工作效率及安全可靠性能。

2.新能源汽车电子控制的关键技术分析

2.1整车控制器

VCU是实现整车控制和决策的核心电子控制单元。该控制器一般只有新能源汽车才会配备。VCU由硬件电路、底层软件和应用层软件所组成。VCU的硬件采用标准化的核心模块电路，以当前的技术发展水平，主要以32位主处理器、电源、存储器、控制器局域网络和VCU专用电路组成。通过采集加速、转向和刹车等信号来判断驾驶者的意图；通过监测车辆的状态，如速度传感器、扭矩传感器和温度传感器等，由VCU判断处理后，向动力系统、转向系统和动力电池等系统发送车辆的运行状态控制指令，同时控制车载附件电力系统的工作模式。VCU可以对整车系统进行故障诊断和保护。

2.2电动助力转向技术

电动助力转向系统（EPS）是由扭矩传感器、电子控制单元、ECU和助力电机共同组成，其电气原理图如图1所示。电子控制单元根据各传感器输出的信号计算所需的转向助力，并通过功率放大模块控制助力电机的转动，電机的输出经过减速机构减速增扭后驱动齿轮齿条机构产生相应的转向助力。EPS正常工作时，EPS根据接收来自VCU的车速信号、唤醒信号及来自扭矩传感器的扭矩信号和EPS助力电机的马达位置、马达转速、马达转子位置、电流、电压信号等进行综合判断，以控制EPS助力电机的扭矩、转速和方向。电动助力转向技术能够从旁协助新能源汽车的安全行驶，当汽车没有转向时此项技术不会发出指令，并且相应的装置不会工作，这样也实现了新能源汽车的低能耗发展。新能源汽车通过实施监控，也能够确保新能源汽车的安全与稳定行驶，从而保证人民群众的出行安全[1]。

2.3驱动电机控制系统

驱动电机系统是车辆行驶的主要执行机构，其特性决定了车辆的主要性能指标。可见，驱动电机系统是十分重要的部件。驱动电机系统由驱动电动机（DM）、驱动电机控制器（MCU）构成，通过高低压线束、冷却管路，与整车其它系统作电气和散热连接。VCU根据驾驶员意图发出指令，电机控制器实时调整驱动电机的输出，以实现整车的怠速、前行、倒车、停车和能量回收等功能。

2.4电源控制系统

电源控制系统主要包括电池管理系统，机械控制系统，动力反馈系统，驱动电机系统等。纯电动汽车的工作原理是通过蓄电池作为能量源，为汽车驱动提供动力。其动力电池系统主要由动力电池模组、电池管理系统、动力电池箱及辅助元器件等四部分组成。

新能源汽车电源控制电力能源的储备和合理分配。对电池情况进行管理，优化电池单元之间的配合，监测电池的工作情况，通过分析传感器收集到的温度、电压的数据，对电池电荷量进行合理分配，避免因为温度、电压等因素造成电池的损害。除此之外，系统通过电荷的分配进行反馈，完成电池故障的诊断处理，进入监测车辆的状态，保证发电机的稳定运转，为汽车的性能品质保驾护航[2]。

系统内的BMS实时采集各电芯的电压、各温度传感器的温度值、电池系统的总电压值和总电流值等数据，实时监控动力电池的工作状态，并通过CAN线与VCU或充电机之间进行通讯，对动力电池系统进行充放电等进行综合管理。

3.电子控制技术在风力发电机组中的应用

风力发电的失速功率调节方式和变桨距调节方式是收集和转换风能的两种最主要功率调节方式。发电机组的叶片的攻角可以随着风速的变化始终保持在最佳角度，使风轮运行在最佳转换效率，使输出功率最大。

对于变桨距风力发电机，当风速超过额定风速时，发电机组的出力会始终保持在一个接近理想化的水平，提高了发电效率。同时变桨距风力发电机的叶片结构简单、重量轻、发电机转动惯量小，适合安装在大型发电机组上。变桨距风力机组的缺点是变桨距机构较为复杂，增加了故障的可能性，控制系统也更加复杂。

变桨距控制机构主要分为统一桨叶控制和独立桨叶控制，其中统一桨叶控制主要使用液压方案，独立桨叶控制主要使用电机方案。液压执行机构通过液压系统推动桨叶转动，改变桨叶节距角。电机变桨距执行机构利用电动机对桨叶进行单独控制，和液压变桨距机构相比，电机变桨距方案结构相对简单，不存在非线性、泄漏、卡涩等现象，其控制过程如图2所示。但其动态特性相对较差，有较大的惯性，特别是对于大功率风力机。在风速变化频繁，连续频繁地调节桨叶时，电机将产生过量的热负荷而易于损坏。

针对变桨距风力机动力学分析，变桨距的控制过程如下：风力机启动前，桨叶保持顺桨位置，其节距角为90°，气流对桨叶攻角为0°，不产生力矩。当风速增大到切入风速时，由控制机构驱动桨叶向从90°向0°方向转动，当气流相对桨叶的攻角到达某个角度，作用在桨叶上的转动力矩超过叶轮启动所需要的力矩时，叶轮开始转动。在电机并网以前，变桨距系统对叶轮进行速度控制。控制器按速度上升斜率给出速度参考值，变距系统根据此值，调整桨距角。

4.结语

总而言之，电子控制技术地不断发展，为新能源产业注入了新的动力。新能源汽车的投入使用在很大程度上又实现了绿色低碳化的交通，有效的解决了汽车污染的问题。风力发电的不断发展，让我们的生活逐步摆脱对原有化石能源的依赖。随着新技术的引用，我国的新能源产业必将发展的越来越好。

【参考文献】

[1]张志刚.新能源汽车电子控制的关键性技术研究[J].中国科技信息，2013（08）：115-116.

[2]梁剑烽.新能源汽车电子控制的关键性技术初探[J].计算机产品与流通，2017（11）：265.