新能源汽車再生能量回饋教學(xué)與研究

　　回饋技術(shù)的應(yīng)用一方面增加了電驅(qū)動(dòng)車輛一次充電的續(xù)駛里程，另一方面減少了傳統(tǒng)制動(dòng)器的磨損，同時(shí)還改善了整車動(dòng)力學(xué)的控制性能。

　　隨著環(huán)境污染與能源危機(jī)問題的日益嚴(yán)峻，包括混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車在內(nèi)的新能源汽車成為了世界各國(guó)研發(fā)的熱點(diǎn)。在城市工況下行駛的汽車大約有 1 /3 到1 /2 用于直接驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行的能量被消耗在制動(dòng)過程中。若能對(duì)這部分耗散的能量加以回收利用，可大大提高整車能量經(jīng)濟(jì)性。

　　制動(dòng)能量回收，又稱回饋制動(dòng)或再生制動(dòng)，對(duì)于電驅(qū)動(dòng)車輛而言，是指在減速或制動(dòng)過程中， 驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)， 將車輛的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存于電池中， 同時(shí)施加電機(jī)回饋轉(zhuǎn)矩于驅(qū)動(dòng)軸，對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)。該技術(shù)的應(yīng)用一方面增加了電驅(qū)動(dòng)車輛一次充電的續(xù)駛里程，另一方面減少了傳統(tǒng)制動(dòng)器的磨損， 同時(shí)還改善了整車動(dòng)力學(xué)的控制性能。因此，研究制動(dòng)能量回收集成化技術(shù)具有重要意義和廣闊的前景。

　　圖1制動(dòng)能量回收系統(tǒng)

　　對(duì)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，制動(dòng)力主要由摩擦制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生，產(chǎn)生機(jī)制相對(duì)簡(jiǎn)單。而對(duì)于電驅(qū)動(dòng)車輛，引入制動(dòng)能量回饋后，須考慮將總的制動(dòng)力需求在摩擦制動(dòng)力和回饋制動(dòng)力之間進(jìn)行分配，以實(shí)現(xiàn)二者的協(xié)調(diào)控制。由于受到電池和電機(jī)特性的影響，來自電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)力與摩擦制動(dòng)力的產(chǎn)生機(jī)理不同，在相同的機(jī)械與動(dòng)力學(xué)條件下二者特性也有很大差別，這些都是在制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

　　從整車層面分析，制動(dòng)能量回收系統(tǒng)主要包括電制動(dòng)系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)， 同時(shí)涉及整車控制器、變速器、差速器和車輪等相關(guān)部件。電制動(dòng)系統(tǒng)包含驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器、動(dòng)力電池和電池管理系統(tǒng)。電機(jī)控制器用于控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，施加回饋制動(dòng)力; 電池管理系統(tǒng)控制電能回收于電池; 液壓控制系統(tǒng)包括液壓制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和制動(dòng)控制器( BCU) ，用于控制摩擦制動(dòng)力的建立與調(diào)節(jié)。

　　制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在零部件、系統(tǒng)控制和評(píng)價(jià)方法等方面。系統(tǒng)控制策略首要問題是制動(dòng)力分配的問題，這方面國(guó)內(nèi)學(xué)者多處于理論分析和建模仿真階段，策略也比較多，舉一個(gè)例子，如圖2。

　　圖2系統(tǒng)控制策略示例

　　提高新能源汽車的經(jīng)濟(jì)性和續(xù)航能力是研究制動(dòng)能量系統(tǒng)的初衷，而經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法也是眾多學(xué)者一直研究的熱點(diǎn)方向。目前，制動(dòng)能量回收對(duì)能量經(jīng)濟(jì)性改善的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有兩種: 制動(dòng)能量回收效率和對(duì)續(xù)駛里程延長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率。

　　比如，為了考量減速制動(dòng)過程中， 制動(dòng)能量系統(tǒng)回收動(dòng)能的能力大小，可采用制動(dòng)能量回收效率 ηreg作為評(píng)價(jià)指標(biāo):

　　ηreg=Ereg/Erecoverable× 100%

　　式中: Ereg為制動(dòng)過程中車輪處回收的能量; Erecoverable為制動(dòng)過程中可回收能量。

　　針對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的再生能量回饋試驗(yàn)，致遠(yuǎn)電子推出的新能源教學(xué)研究平臺(tái)采用了與實(shí)際電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)類似的組成部分，能夠直觀、真實(shí)地模擬電動(dòng)汽車的實(shí)際組成結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工況，并能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試分析;

　　平臺(tái)可根據(jù)GB/T 18488-2015電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，通過使用負(fù)載電機(jī)反拖驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使被測(cè)電機(jī)運(yùn)行在能量回饋狀態(tài)下，靈活利用內(nèi)置MDA電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器分析儀的積分功能，對(duì)電機(jī)控制器的輸入端進(jìn)行實(shí)時(shí)積分，精確捕捉該電機(jī)在制動(dòng)時(shí)回饋的能量值，能夠全面的分析新能源汽車制動(dòng)能量系統(tǒng)的效能和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。