李 江 濤

（濮陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)學(xué)與信息工程學(xué)院，河南 濮陽 457000）

在新能源汽車產(chǎn)業(yè)中計(jì)算機(jī)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，從汽車的控制系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)再到動力電池組管理系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)技術(shù)都為行車安全和行車可靠性做出了重要貢獻(xiàn)。本文分析了新能源汽車電池儲能的原理及過程，探討新能源汽車產(chǎn)業(yè)中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐，并通過分析未來技術(shù)的發(fā)展趨勢，討論新能源汽車在節(jié)約不可再生能源等方面的突出作用，以此來推動新能源汽車的進(jìn)一步發(fā)展。

新能源技術(shù)的發(fā)展為汽車行業(yè)帶來了新的生機(jī)。電動汽車是新能源系統(tǒng)的一個重要組成部分，在“雙碳”背景下，由于風(fēng)電光伏的不穩(wěn)定要求建設(shè)與之相對應(yīng)的儲能系統(tǒng)來解決電力供需不匹配的問題，電化學(xué)儲能被認(rèn)為是當(dāng)前解決電力“消納難”的關(guān)鍵技術(shù)。相比于傳統(tǒng)燃油汽車，新能源汽車的電路組織更加復(fù)雜，涉及的計(jì)算機(jī)技術(shù)更多，比如電力驅(qū)動汽車有三大關(guān)鍵領(lǐng)域，分別是電池、電控和電機(jī)。動力電池組作為汽車的核心能源裝置，不僅需要計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)時分析其工作狀態(tài)，還需要通過計(jì)算機(jī)程序來精準(zhǔn)控制每個電芯的充放電過程，以此來達(dá)到最理想最穩(wěn)定的工作效果。下文將深入分析新能源汽車產(chǎn)業(yè)中計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐。

1 新能源汽車電池儲能的原理及過程

儲能是雙碳背景下重要的靈活性調(diào)節(jié)資源，儲能技術(shù)解決可再生清潔能源波動性與間歇性等瓶頸問題，在配電側(cè)實(shí)現(xiàn)發(fā)電與負(fù)荷的動態(tài)平衡。2021年全球汽車電池管理系統(tǒng)市場規(guī)模達(dá)33.41億美元，較上年增長94.4%。MCU 為新能源汽車動力電池管理系統(tǒng)，其由多個模塊組成，在汽車運(yùn)行過程中，MCU 負(fù)責(zé)時刻監(jiān)測動力電池組的工作狀態(tài)，并根據(jù)行車指令等智能調(diào)整動力電池的放電行為。MCU 通過通信模塊、存儲模塊、智控模塊完成對汽車電流、電壓等各項(xiàng)參數(shù)的收集與分析，按照既定的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)智能控制，對于行車安全性和行車穩(wěn)定性至關(guān)重要。

1.1 電池儲能及控制

利用計(jì)算機(jī)完成動力電池系統(tǒng)的管理依賴于電池信息的實(shí)時收集，由各類傳感器收集所得的信號經(jīng)通信系統(tǒng)輸入到控制單元，然后再分別進(jìn)行均衡、模式管理以及繼電器控制，在此過程中會涉及狀態(tài)估計(jì)(SOC/SOH/SOP/SOE)、電氣防護(hù)、充電管理、通訊、信號采集、診斷等技術(shù)，控制完成之后由系統(tǒng)輸出信號，再由信號來控制電池組的各項(xiàng)行為。在新能源汽車中，除去電池包外力受損原因，大部分的自燃現(xiàn)象都是由于電池過充而引起，所以新能源汽車廠家在設(shè)計(jì)電池包時都會利用計(jì)算機(jī)技術(shù)準(zhǔn)確估算電池內(nèi)部的狀態(tài)量，通過電子電路來實(shí)現(xiàn)過分保護(hù)。由于新能源汽車的動力系統(tǒng)更加復(fù)雜，快充狀態(tài)下的充電功率較大，所以簡單的電子電路很難做到對過充現(xiàn)象的精準(zhǔn)判斷，而是需要使用更為復(fù)雜的計(jì)算機(jī)技術(shù)來盡可能估算充電過程中電池的內(nèi)部實(shí)際電量。

1.2 新能源汽車電池儲能系統(tǒng)的構(gòu)成

新能源汽車電池儲能系統(tǒng)主要包括電池組、電池管理系統(tǒng)(BMS)、能量管理系統(tǒng)(EMS)、儲能變流器(PCS)等部分。電池組是儲能系統(tǒng)最核心的構(gòu)成部分，而電池管理系統(tǒng)(BMS)、能量管理系統(tǒng)(EMS)、儲能變流器(PCS)則起到協(xié)同配合作用。

電池管理系統(tǒng)是儲能+新能源車的核心，其擁有廣泛的市場成長空間。電池管理系統(tǒng)（BMS）主要功能是實(shí)現(xiàn)電池單元的智能化管理及維護(hù)，通過狀態(tài)監(jiān)測、異常故障保護(hù)等方法，監(jiān)管電池狀態(tài)，延長電池使用壽命，已在各類電子電氣設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。新能源汽車及儲能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展帶動BMS整體市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。

能量管理系統(tǒng)EMS 主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和能量調(diào)度等，具體而言包括設(shè)備層、通訊層、信息層和應(yīng)用層。設(shè)備層完成能量采集變換；通訊層包括鏈路、協(xié)議、傳輸?shù)?；信息層主要包括緩存中間件、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器，其中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲，記錄實(shí)時數(shù)據(jù)和重要?dú)v史數(shù)據(jù)；應(yīng)用層功能涵蓋能量變換決策、能源數(shù)據(jù)傳輸和采集、實(shí)時監(jiān)測控制、遠(yuǎn)程實(shí)時控制等。

儲能變流器PCS 的主要功能為控制儲能電池組的充電和放電過程，進(jìn)行交直流的變換。

2 新能源汽車產(chǎn)業(yè)中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐

2.1 計(jì)算機(jī)技術(shù)在電池儲能中的應(yīng)用

推進(jìn)BMS/EMS 向數(shù)據(jù)賦能、智能化方向發(fā)展。首先，基于實(shí)時數(shù)據(jù)的深度挖掘，提升儲能運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)維，儲能價(jià)值挖掘。其次，基于大數(shù)據(jù)與AΙ等技術(shù)，完成自主診斷、自主修復(fù)，簡化運(yùn)維流程并提升儲能安全。運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、邊緣計(jì)算等，提升儲能系統(tǒng)診斷能力、告警能力、控制能力以及決策能力。

信息化賦能儲能系統(tǒng)，提升產(chǎn)品數(shù)字化水平。首先，能夠完成智能化賦能儲能系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測、異常告警、故障診斷、消防安全資源一體化協(xié)調(diào)、大數(shù)據(jù)存儲加密。其次，在運(yùn)維方面，實(shí)現(xiàn)對儲能系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程運(yùn)維、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化、故障自恢復(fù)等。最后，完成數(shù)字化仿真等技術(shù)賦能儲能系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并通過大數(shù)據(jù)分析、AΙ、邊緣計(jì)算等技術(shù)賦能策略優(yōu)化。

2.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在行車電腦中的應(yīng)用

隨著汽車智能化的發(fā)展，行車電腦（ECU）的功能越來越復(fù)雜，如今的行車電腦已經(jīng)不僅僅是一個電子控制單元，除了燃油車中控制噴油量、油氣混合比等功能外，新能源中的行車電腦還會配合車機(jī)系統(tǒng)讓駕駛實(shí)現(xiàn)對汽車的智能操控，比如汽車中所有的電氣設(shè)備、油門剎車系統(tǒng)、智能燈光系統(tǒng)等都可以由行車電腦來控制。傳統(tǒng)基于蓄電池為動力基礎(chǔ)的新能源車輛在運(yùn)行中，極易出現(xiàn)車輛在運(yùn)行過程中電能耗盡且不能得到及時補(bǔ)充的情況，嚴(yán)重影響了車輛的正常使用，而通過BMS 系統(tǒng)的控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)電氣連接，從而為新能源汽車儲能創(chuàng)造條件。

2.3 計(jì)算機(jī)技術(shù)在電子診斷中的應(yīng)用

目前的新能源汽車維修都需要借助于各類計(jì)算機(jī)設(shè)備，如動平衡機(jī)、解碼器等等，不同于以往的汽車維修手段，在電子診斷技術(shù)的幫助下，新能源汽車的維修將擁有更可靠的質(zhì)量，故障點(diǎn)定位及故障排除更加精準(zhǔn)。

新能源汽車的動力電池組是核心能量系統(tǒng)，汽車的行車安全很大程度上都依賴于動力電池組的運(yùn)行穩(wěn)定性，為了讓動力電池時刻保持在正常的工作狀態(tài)，新能源汽車通常需要對其進(jìn)行定期的維修檢測。目前市面上流行的汽車動力電池芯類型為三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池兩種，除此之外還有燃料電池等其他小眾化新能源電池，不同的電池種類在故障檢測等方面也存在著較為明顯的差別，所以在動力電池的保養(yǎng)及維修過程中會用到計(jì)算機(jī)診斷等故障點(diǎn)定位技術(shù)。以鋰電池安全診斷為例，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠針對電芯自加熱熱失控、過充/短路/加熱熱失控、針刺/擠壓熱失控、電芯比熱容測試、導(dǎo)熱系數(shù)等問題進(jìn)行安全診斷，從而提升電池儲能能力，為新能源汽車正常運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

目前絕大部分的新能源汽車都配備有智能化元素，如自動駕駛技術(shù)、360°影像輔助、智能車燈系統(tǒng)、智能中控臺等，這些智能系統(tǒng)讓新能源汽車的電路組成更加復(fù)雜，檢修難度也會隨之增加。與傳統(tǒng)的燃油汽車不同，燃油汽車的電子電路故障通常不會影響汽車的正常駕駛，只會使汽車的某一項(xiàng)輔助功能失去作用，而新能源汽車由于其能源系統(tǒng)為動力電池組，當(dāng)汽車的電路發(fā)生故障時可能會引起電池輸出功率異常，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)火災(zāi)，對行車安全構(gòu)成威脅。為此，應(yīng)構(gòu)建新能源汽車有效儲能系統(tǒng)，規(guī)?；七M(jìn)智能化充電基礎(chǔ)設(shè)施建立，建立“電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化”的電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施，為防范及解決電路系統(tǒng)問題創(chuàng)造條件。

3 結(jié) 語

計(jì)算機(jī)技術(shù)在新能源汽車中的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，新能源汽車結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)可以幫助駕駛員更好地控制汽車，同時也通過對汽車各項(xiàng)參數(shù)的收集時刻保持汽車行駛穩(wěn)定性，保證行車安全。隨著5G 技術(shù)、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，未來的新能源汽車必然會向著自動化、智能化的方向發(fā)展，汽車中所運(yùn)用的計(jì)算機(jī)技術(shù)也將越來越豐富。