純電動(dòng)轎車(chē)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)研究

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1、實(shí)用文案純電動(dòng)轎車(chē)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)研究摘要：目前國(guó)內(nèi)對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)回收制動(dòng)能量的技術(shù)還處于初級(jí)研究階段。具備能量回收的電動(dòng)汽車(chē)上的制動(dòng)系統(tǒng)，要求在最大限度回收制動(dòng)能量的同時(shí)還得保證汽車(chē)良好的制動(dòng)性能。因此，需要綜合考慮汽車(chē)動(dòng)力學(xué)特性/電機(jī)發(fā)電特性和蓄電池安全充電等多方面的問(wèn)題，研制一種具有實(shí)際效用的制動(dòng)系統(tǒng)具有一定的難度。本文主要對(duì)純電動(dòng)轎車(chē)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究。關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車(chē)；制動(dòng)能量回收；測(cè)試一、制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理電動(dòng)汽車(chē)的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)是將制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能回饋給電池充電，使得能量能夠被再生利用，該功能是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制電路實(shí)現(xiàn)的。因此，電動(dòng)汽車(chē)上的制動(dòng)

2、系統(tǒng)是再生-液壓混合制動(dòng)系統(tǒng)，本文以此為例介紹混合制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理。如圖1所示。圖1是典型的再生-液壓混合制動(dòng)系統(tǒng)，此系統(tǒng)中將前輪的制動(dòng)能量進(jìn)行回收，電機(jī)產(chǎn)生的再生制動(dòng)力與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的摩擦制動(dòng)力共同作用實(shí)現(xiàn)對(duì)前輪的制動(dòng)。再生制動(dòng)力和傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的液壓制動(dòng)力的大小是由制動(dòng)控制器與電機(jī)控制器協(xié)同工作確定的。制動(dòng)能量由再生制動(dòng)控制模塊回收并回饋給電池，電動(dòng)汽車(chē)仍裝有ABS，其作用與傳統(tǒng)燃油車(chē)上的相同。圖1.再生-液壓混合制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案再生制動(dòng)系統(tǒng)的基本原理是通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自感電動(dòng)式/反電動(dòng)勢(shì)將存儲(chǔ)在電樞中的磁場(chǎng)能量以及車(chē)體的動(dòng)能保存至蓄電池中。二、制動(dòng)能量回收的影

3、響因素分析影響制動(dòng)能量回收的因素有以下四個(gè)方面：（1）電機(jī)的制動(dòng)能力與可回收的能量多少有重要關(guān)系。電機(jī)的制動(dòng)能力越強(qiáng)，可以回收的制動(dòng)能量就越多，續(xù)駛里程提高的就越多。電機(jī)的外特性決定了電機(jī)在當(dāng)前轉(zhuǎn)速下可輸出的最大再生制動(dòng)比例，如圖2所示，電機(jī)在轉(zhuǎn)速較高時(shí)處于恒功率發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)速較低時(shí)處于恒轉(zhuǎn)矩發(fā)電狀態(tài)；其次電機(jī)的發(fā)電能力直接制約再生能量的多少。圖2.再生制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)外特性（2）能否對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行回收及回收的多少取決于電池的荷電狀態(tài)SOC值和溫度，若制動(dòng)過(guò)程中電池的SOC值很高（例如0.85以上），或溫度過(guò)高（高于55℃），不能進(jìn)行制動(dòng)能量的回收或減小充電電流以保護(hù)電池及延長(zhǎng)電池的使用壽命

4、。（3）如圖3所示，從電池充電倍率與充電時(shí)間的關(guān)系可看出，電池的充電倍率上限為最大充電倍率。圖3.電池充電特性示意圖標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案（4）車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，車(chē)速越高，制動(dòng)力矩越大，但是當(dāng)變速器置于高檔位時(shí)，電機(jī)再生制動(dòng)不能滿足制動(dòng)要求。檔位越低，制動(dòng)時(shí)所需扭矩越小，但此時(shí)電機(jī)的制動(dòng)扭矩過(guò)剩。三、控制策略設(shè)計(jì)本文所選用的控制策略為并行制動(dòng)控制策略，見(jiàn)圖4。這種制動(dòng)力分配控制策略是在傳統(tǒng)汽車(chē)定比例制動(dòng)力分配控制策略思想的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，能夠彌補(bǔ)最佳制動(dòng)能量回收控制策略和理想制動(dòng)力分配控制策略實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的缺陷，整車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快，是一種具有工程應(yīng)用價(jià)值的制動(dòng)力分配控制策略。傳統(tǒng)汽車(chē)前后制動(dòng)

5、器制動(dòng)力分配關(guān)系（1）式中：Fbf———前軸制動(dòng)力；Fbr———后軸制動(dòng)力；Fb———整車(chē)總制動(dòng)力；β———前后軸制動(dòng)力分配系數(shù)。本文研究的純電動(dòng)轎車(chē)為前置前驅(qū)車(chē)型，可在前軸加入電機(jī)制動(dòng)力，引入電機(jī)制動(dòng)力分配系數(shù)βreg，定義如下：（2）式中：Freg———電機(jī)制動(dòng)力；Fbff———前軸液壓制動(dòng)力。根據(jù)式（1）和式（2）可確定純電動(dòng)轎車(chē)的總制動(dòng)力為（3）在確保制動(dòng)安全性和駕駛員踏板感的前提下，制動(dòng)力分配控制策略設(shè)計(jì)如下：（1）0≤z≤0.1g：整車(chē)制動(dòng)力全部由電機(jī)產(chǎn)生，以回收盡可能多的制動(dòng)能量，整車(chē)制動(dòng)模式為前軸電機(jī)制動(dòng)模式，即Fb=Freg。（2）0.1g

6、液壓制動(dòng)的并行制動(dòng)模式（前軸電機(jī)制動(dòng)＋前軸液壓制動(dòng)＋后軸液壓制動(dòng)），即Fb=Freg+Fbff+Fbr。（3）z>0.7g：緊急制動(dòng)工況，必須保證制動(dòng)安全性，電機(jī)制動(dòng)力退出，整車(chē)制動(dòng)力完全由液壓制動(dòng)產(chǎn)生的模式（前軸液壓制動(dòng)＋后軸液壓制動(dòng)），即Fb=Fbf+Fbr。標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案圖4制動(dòng)能量回收控制策略四、動(dòng)汽車(chē)整車(chē)制動(dòng)能量回收測(cè)試1、試驗(yàn)車(chē)輛選定利用搭建的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)和數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)某電動(dòng)汽車(chē)的制動(dòng)能量回收進(jìn)行研究分析，試驗(yàn)車(chē)輛參數(shù)見(jiàn)表1。表1試驗(yàn)車(chē)輛參數(shù)2、試驗(yàn)方案試驗(yàn)車(chē)輛在底盤(pán)測(cè)功機(jī)上運(yùn)行NEDC工況，各傳感器的布置情況，設(shè)定各傳感器的采樣頻率為1Hz。NEDC中制動(dòng)

7、工況是分別由7種不同的恒定減速度構(gòu)成的，且部分制動(dòng)過(guò)程由多個(gè)不同減速度的連續(xù)制動(dòng)工況組成，因此將1個(gè)或多個(gè)連續(xù)的制動(dòng)工況看作一個(gè)制動(dòng)片段進(jìn)行研究，如表2和圖5所示。標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案表2NEDC制動(dòng)工況片段參數(shù)圖5NEDC制動(dòng)工況片段劃分3、試驗(yàn)結(jié)果分析試驗(yàn)后對(duì)NEDC制動(dòng)工況中7個(gè)制動(dòng)片段的電池充電能量、半軸回收能量及整車(chē)動(dòng)能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，結(jié)果見(jiàn)圖6。標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案圖6不同制動(dòng)片段下的能量變化由圖6可看出，制動(dòng)片段A的半軸回收能量