新能源汽車電控系統及散熱技術簡述（上）

回轉小火鍋

2021年11月15日 10:42

引言

隨著生活水平的提高，生產能力的提升，能源的消耗量也在不斷增大，目前我們中國的能源結構是富煤貧油少氣，我國2020年自產的原油是1.95億噸，國外進口的原油是5.42億噸，對外依存度已經是73.6%，這5.42億噸的原油還不夠近3億輛燃油車的消耗，所以有必要實現交通工具的電動化，這是從國家能源安全的角度來考慮。為應對石油能源危機，降低石油消耗，減少對石油的依賴，實現能源的多樣化，調整能源結構，提高能源安全，是大力發展新能源汽車最主要的原因。

本文主要介紹新能源汽車電控系統組成部分及基本工作原理。

圖1 我國原油對外依存度

圖2 汽車行業石油消耗占比

一、新能源汽車行業發展趨勢

預計到2025年，我國新能源汽車市場競爭力將明顯增強，動力電池、驅動電機、車用操作系統等關鍵技術取得重大突破，安全水平全面提升。純電動乘用車中的新車平均電耗降至12.0千瓦時/百公里。高度自動駕駛的汽車會實現限定區域和特定場景商業化應用，充換電服務便利性顯著提高。

力爭經過15年的持續努力，我國新能源汽車核心技術達到國際先進水平，質量品牌具備較強的國際競爭力。純電動汽車成為新銷售車輛的主流，公共領域用車全面電動化，燃料電池汽車實現商業化應用，高度自動駕駛汽車實現規模化應用，氫燃料供給體系建設穩步推進，有效促進節能減排水平和社會運行效率的提升。

到2030年，新能源汽車新車銷售量預計將達到新車銷售總量的50%；到2035年，新能源汽車保有量將超過1億輛。

圖3 2021-2025年新能源汽車銷量預測

二、新能源汽車電控系統

電控系統作為新能源汽車整臺車的總控制臺，高效、穩定以及提高車輛綜合性能，在新能源汽車中承擔的重要責任。相比于傳統燃油車，汽車在轉向電氣化后增加了電池組、驅動電機、變速箱（減速器）、動能回收系統等等，而如果再加上自動駕駛和增程式系統的話，電控系統所要承擔的責任就更多了，所以在傳統燃油車上使用的“單一電子控制器”目前也變成了“車輛中央電子控制器”，從名稱上也能夠看出電控對于新能源汽車的重要意義。如果說電機和電池技術決定了一臺電動車的硬件價值，那電控則直接決定了車輛的軟件處理能力，并且也將幫助電機和電池發揮出最大的硬件潛能。

圖4新能源汽車的電控系統模塊

2.1 新能源汽車電控系統定義

新能源汽車電控系統是控制汽車驅動電機的裝置。在新能源汽車中，由于電力電子技術的應用，其電氣系統發生了巨大變化，從傳統汽車低功率低壓的輔助電氣裝置轉變為新能源汽車的節能環保、高效低噪的電氣傳動裝置，已成為傳統汽車發動機與變速箱的替代，并直接決定了純電動汽車爬坡、加速與最高速度等主要性能指標。

電控系統作為新能源汽車中連接電池與驅動電機的電能轉換單元，是電機驅動及控制的核心。新能源汽車電控系統需具備高控制精度、高動態響應速率，并同時提供足夠的安全性與可靠性。

圖5新能源汽車電控系統分類簡圖

2.2 新能源汽車電控系統組成

新能源汽車電控系統主要由逆變器、驅動器、電源模塊、控制器、保護模塊、散熱系統信號檢測模塊等組件組成，其中，逆變器、驅動器與控制器為電控系統的核心部件：

0 1

逆變器：對驅動電機電流進行控制，主要由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）功率模塊組成；

0 2

啟動模塊：將微控制器對電機的控制信號轉換為驅動功率逆變器的驅動信號，并實現功率信號和控制信號的隔離；

0 3

控制器：主要包括微處理器及其最小系統，是對電機電流、電壓等狀態的監測電路、保護電路及控制器、電池管理系統等外部控制單元數據交互的通信電路。控制軟件根據不

同類型電機的特點實現相應的控制算法。

電池是基礎能源與動力來源，驅動電機則將此車載能源轉化為行駛動力，而電控系統控制整個車輛的運行與動力輸出。在車輛行駛過程中，逆變器接收電池輸送的直流電電能，并將其逆變為三相交流電給汽車驅動電機提供電源，而控制器接收驅動電機轉速、轉矩等信號反饋至儀表，當出現加速或制動行為指令時，控制器通過控制變頻器頻率的升降，從而達到加速或減速的目的。