纯电动轿车制动能量回收系统研究.doc

纯电动轿车制动能量回收系统研究摘要:目前国内对于电动汽车回收制动能量的技术还处在初级研究阶段具有能量回收的电动汽车上的制动系统，规定在最大限度回收制动能量的同步还得保证汽车良好的制动性能因此,需要综合考虑汽车动力学特性/电机发电特性和蓄电池安全充电等多方面的问题,研制一种具有实际效用的制动系统具有一定的难度本文重要对纯电动轿车制动能量回收系统进行了分析研究核心词：纯电动汽车;制动能量回收；测试一、制动能量回收系统的构造及原理电动汽车的制动能量回收系统是将制动时的动能转换成电能回馈给电池充电，使得能量可以被再生运用，该功能是由驱动电机的控制电路实现的因此,电动汽车上的制动系统是再生－液压混合制动系统，本文以此为例简介混合制动系统的构造和原理如图 1 所示图　1 是典型的再生-液压混合制动系统，此系统中将前轮的制动能量进行回收,电机产生的再生制动力与老式制动系统产生的摩擦制动力共同作用实现对前轮的制动再生制动力和老式制动系统产生的液压制动力的大小是由制动控制器与电机控制器协同工作拟定的制动能量由再生制动控制模块回收并回馈给电池,电动汽车仍装有　ABＳ，其作用与老式燃油车上的相似图　1.　再生-液压混合制动系统的构造再生制动系统的基本原理是通过电机驱动的自感电动式／反电动势将存储在电枢中的磁场能量以及车体的动能保存至蓄电池中。

二、制动能量回收的影响因素分析影响制动能量回收的因素有如下四个方面:(1)电机的制动能力与可回收的能量多少有重要关系电机的制动能力越强，可以回收的制动能量就越多，续驶里程提高的就越多电机的外特性决定了电机在目前转速下可输出的最大再生制动比例,如图 2　所示,电机在转速较高时处在恒功率发电状态，转速较低时处在恒转矩发电状态 ;另一方面电机的发电能力直接制约再生能量的多少图 2.　再生制动时电动机外特性（２）能否对制动能量进行回收及回收的多少取决于电池的荷电状态 SＯC　值和温度,若制动过程中电池的 ＳOＣ　值很高(例如 0.8５ 以上）,或温度过高(高于 55℃)，不能进行制动能量的回收或减小充电电流以保护电池及延长电池的使用寿命3）如图 3 所示，从电池充电倍率与充电时间的关系可看出,电池的充电倍率上限为最大充电倍率图 ３． 电池充电特性示意图(4)车辆制动时,车速越高，制动力矩越大，但是当变速器置于高档位时,电机再生制动不能满足制动规定档位越低,制动时所需扭矩越小,但此时电机的制动扭矩过剩三、控制方略设计本文所选用的控制方略为并行制动控制方略,见图4 这种制动力分派控制方略是在老式汽车定比例制动力分派控制方略思想的基本上发展起来的, 可以弥补最佳制动能量回收控制方略和抱负制动力分派控制方略实现较复杂的缺陷，整车制动系统的动态响应较快， 是一种具有工程应用价值的制动力分派控制方略。

老式汽车前后制动器制动力分派关系（1)式中：Fbf———前轴制动力;Ｆｂr———后轴制动力;Fｂ———整车总制动力；β———前后轴制动力分派系数本文研究的纯电动轿车为前置前驱车型，可在前轴加入电机制动力，　引入电机制动力分派系数　βreg，定义如下：（２)式中:Ｆｒｅｇ———电机制动力；Fｂff———前轴液压制动力根据式（1）和式（2)可拟定纯电动轿车的总制动力为（3)在保证制动安全性和驾驶员踏板感的前提下,制动力分派控制方略设计如下:(1)0≤ｚ≤0.1g：整车制动力所有由电机产生，以回收尽量多的制动能量, 整车制动模式为前轴电机制动模式,即 Fb=Frｅｇ2)０.1g0.７ｇ：紧急制动工况，必须保证制动安全性,电机制动力退出,整车制动力完全由液压制动产生的模式　（前轴液压制动+后轴液压制动）,即Fb=Fbf+Ｆbｒ图　4 制动能量回收控制方略四、动汽车整车制动能量回收测试1、实验车辆选定运用搭建的制动能量回收系统测试平台和数据解决措施, 对某电动汽车的制动能量回收进行研究分析，实验车辆参数见表　1。

表1　实验车辆参数2、实验方案实验车辆在底盘测功机上运营 NEＤＣ 工况,各传感器的布置状况, 设定各传感器的采样频率为 １　Ｈz ＮEDＣ 中制动工况是分别由 7 种不同的恒定减速度构成的， 且部分制动过程由多种不同减速度的持续制动工况构成，因此将 1 个或多种持续的制动工况看作一种制动片段进行研究,　如表2和图5　所示表　2 NEDC　制动工况片段参数图5 NEDＣ　制动工况片段划分3、实验成果分析实验后对 NEDC 制动工况中 7 个制动片段的电池充电能量、 半轴回收能量及整车动能进行记录解决，成果见图6图６不同制动片段下的能量变化由图 6 可看出， 制动片段 A 的半轴回收能量和电池充电能量均为　0．３ kＪ 左右, 重要因素是片段 Ａ 的制动初速度为 １5 km/h， 整车动能的变化较小，　由地面摩擦和风阻等因素导致的动能变化与车辆自身的动能变化相称， 电制动系统几乎不参与制动过程， 因此导致半轴回收能量和电池充电能量均非常低在市区循环中,　制动片段 B～片段 D　的制动初速度和减速度比较接近，因此电池充电能量、半轴回收能量和整车动能基本保持平稳 随着制动初速度的增长，市郊循环中制动片段 E~片段 F　的电池充电能量、半轴回收能量和整车动能均有大幅度增长，特别是在制动片段 F（制动初速度为　1２０ km／ｈ)时各能量均达到最大值。

整体来看,3 种能量的变化趋势基本一致，即当动能变化量较大时，半轴回收能量和电池充电能量也会随之增长在制动初速度由 70 kｍ／h提高到 1２０ km/h 时，车辆的动能变化量最大，约提高了　５ 倍,　而半轴上回收的能量和电池充电能量提高了 1０ 倍以上图 ７ 为不同制动片段下的效率变化 由图 7可看出，在不同的制动片段下，车辆的制动转化率基本保持在　80 %左右，重要因素是车辆的制动转化率重要受车辆发电机和电池充电效率的影响,而车辆的行驶状态对其影响很小, 因此在测试循环中制动转化率基本保持不变 制动片段 A　的制动可回收率为 2.2 ％，制动回收率为 1.8 %,这重要是由于片段　Ａ 的制动初速度较低，发电机在低转速时无法提供高的充电电压导致的, 同步与车辆的制动控制方略有关 在制动片段 Ｂ~片段 Ｅ下，制动可回收率和制动回收率基本保持在 18 %～20 %,而在制动片段　Ｆ 下制动可回收率和制动回收率分别达到 3６.4 ％和　３0.6 %,　其重要因素是制动初速度高达 1２0 kｍ/ｈ,　同步制动减速度也明显高于其他制动片段图　7不同制动片段下的效率变化表3为整个 ＮEDC　工况下制动能量和转化率成果。

表3 NEＤC 工况的制动能量和转化率由表　3可知,在整个　NEＤC　工况下车辆的制动回收率约为　21.５5%,市郊循环 Parｔ2 的制动可回收率和制动回收率约是市区循环 Paｒt1 的 2 倍， 其重要因素是,Pａrｔ1 的制动初速度分布在 15～50km/h,制动减速度为-0.5２~－0．９2m/s2,　而 Pａrｔ２ 的制动初速度为 70~1２0ｋm／h，制动减速度为-0.69~-1．3４m／ｓ２，相对 Ｐarｔ1，Part2的制动初速度和减速度均有大幅增长, 且制动工况的时间较长从各制动片段和整个制动工况来看，制动初速度和减速度对制动可回收率和制动回收率有很大的影响，而对制动转化率影响较小此外，NEDC　制动工况中制动初速度和减速度相对比较单一, 难以反映车辆在多种制动初速度和减速度下制动能量和制动效率的分布特性, 进而影响对电动汽车制动能量回收系统的评价, 因此建议开发一套合用于评价电动汽车制动能量回收系统的测试工况结束语制动能量回收是纯电动车产品开发的核心技术之一,该系统开发需同步考虑制动安全性、能量回收效率及驾驶舒服性, 而控制方略是制动能量回收系统的核心 控制方略的开发需要满足如下规定,一方面，车辆各个车轮能提供足够大的制动力和合理的制动力分派;另一方面,满足整车制动性能的基本上，尽量多地回收能量。

参照文献[1]冯能莲，么局标,俞黎明,等．电动汽车再生制动控制方略[Ｊ].北京工业大学学报,,34(１２):1332-1３38[２]张培斌.再生制动控制的研究与仿真[D］.武汉:武汉理工大学,.[3］王智慧．电动汽车动力电源充放电技术研究[Ｄ].西安：长安大学，.。