淺談再生制動能量回收技術(shù)

靳永言，張偉

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

引言

制動能量回收技術(shù)最早應(yīng)用于電力機車，電力機車驅(qū)動時從電網(wǎng)上取電，制動能量回收時產(chǎn)生的電能則被回饋到電網(wǎng)中去。制動能量回收技術(shù)應(yīng)用于電動汽車開始于20世60年代，但受到當時的電力電子技術(shù)和電池技術(shù)水平限制，發(fā)展一直緩慢。直到20世90年代以后，隨著日本豐田和本田等公司商品化的混合動力乘用車產(chǎn)品的陸續(xù)推出，電動汽車制動能量回收技術(shù)的研究和開發(fā)加速，在設(shè)計理論和控制方法等方面取得了較大的進步。正因為制動能量回收系統(tǒng)對改善和提高電動汽車能量效率具有重要作用，目前在市場上銷售的各類電動汽車產(chǎn)品中已被普遍采用。

本文檔為某電動汽車效能提升試驗NEDC工況、60km/h等速工況、WLTC工況及充電工況的試驗數(shù)據(jù)采集及分析。本文檔通過對零部件優(yōu)化過后的某電動汽車進行工況試驗及數(shù)據(jù)采集，得到車輛的續(xù)駛里程，能量消耗率等整車性能數(shù)據(jù)，并分析各系統(tǒng)的效率。

1 試驗數(shù)據(jù)采集

試驗將使用IPEmotion及相關(guān)傳感器、功率分析儀及相關(guān)傳感器、電功率計、底盤測功機等進行數(shù)據(jù)采集與記錄。

1.1 信號采集

連接kavser到動力CAN和整車CAN采集CAN數(shù)據(jù)。

將連接好的各電流傳感器以及電壓檢測線有序的與功率分析儀對應(yīng)端口連接。兩臺功率分析儀，一臺分別監(jiān)測電機U、V、W 各相電流電壓以及動力電池輸出電流電壓；另一臺監(jiān)測DCDC、配電盒等電流電壓情況。

1.2 試驗項目

按現(xiàn)行國標開展工況測試。試驗涉及的各種工況和加載條件如下表所示：

表1

2 試驗數(shù)據(jù)分析

2.1 滑行阻力曲線分析

如下圖所示，上一輪滑行阻力曲線為 y=0.0303x2+0.8652x+154.070，經(jīng)過優(yōu)化后的滑行阻力曲線 y=0.0305x2+0.9888x+93.805，滑行阻力平均降低約16.5%，降阻效果明顯。

圖1

2.2 工況能量流分析

根據(jù)各工況采集的數(shù)據(jù)，對整車能量流進行圖形化，以更直觀的方式體現(xiàn)出整車的能量流向與分布狀態(tài)。

2.2.1 行駛工況

行駛工況包含了ECO/NOR模式下的NEDC工況、ECE工況、60km/h等速工況以及 WLTC工況，具體能量流分析如下所示：

圖2 Nor模式NEDC工況（截止條件70km/h）

如上圖所示，車輛整體效率較高，NEDC工況的動力總成效率為87.52%。

圖3 ECO模式NEDC工況（截止條件70km/h）

如上圖所示，車輛整體效率較高，NEDC工況的動力總成效率為88.26%，能量回收率為57.20%。

圖4 ECO模式NEDC工況（截止條件98km/h）

如上圖所示，車輛整體效率較高，NEDC工況的動力總成效率為 88.39%，能量回收率為 57.61%，由于優(yōu)化了動力電池低SOC的放電能力，截止車速提升至98km/h的影響不明顯。

圖5 NOR模式ECE工況

如上圖所示，由于ECE大部分為低速工況，因此整車效率較NEDC工況低，動力總成效率為79.67%。

圖6 ECO模式ECE工況

如上圖所示，由于ECE大部分為低速工況，因此整車效率及能量回收效率較 NEDC工況低，動力總成效率為80.43%，能量回收效率為45.70%。

圖7 NOR模式60km/h等速工況

如上圖所示，60km/h等速工況的效率較高，動力總成效率為85.87%。

如下圖所示，60km/h等速工況的效率較高，動力總成效率為93.55%，由于駕駛員維持車速的操作原因，導(dǎo)致有很小一部分能量回收，該部分能量回收效率維94%。

圖8 ECO模式60km/h等速工況

3 總結(jié)

根據(jù)本次試驗及相關(guān)數(shù)據(jù)分析，小結(jié)如下：

① 充電機效率約為93.5%，屬于正常范圍；

② 電機控制器效率約為95%，屬于正常范圍；

③ DCDC效率受工作功率影響較大，250W時效率約為90%，120W時效率僅為82%，30W時僅為70%；

④ NEDC工況的電機及傳動系統(tǒng)效率較為正常，約為70%；

⑤ 60km/h等速的電機及傳動系統(tǒng)效率較低，僅為57%；根據(jù)D3阻力分解試驗報告，也可得到60km/h車速的傳動系統(tǒng)阻力較大的結(jié)論，需要對減速器及傳動系統(tǒng)進行效率測試；

⑥ 制動能量回收效率較低，僅僅不到 40%，需要進行詳細的制動能量回收試驗進行數(shù)據(jù)分析；

⑦ 98km/h的截止條件對車輛續(xù)駛里程影響極大，需要進行詳細分析，給動力電池提出低SOC狀態(tài)下的放電功率需求，避免車輛因無法滿足該加速段的車速而截止試驗。