純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率的影響因素分析

張瑞軍

（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，江西 九江 332007）

隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸工具的尾氣排放逐漸成為影響環(huán)境污染的一個(gè)關(guān)鍵因素，節(jié)能減排技術(shù)日益得到大眾的重視[1]，汽車再生制動(dòng)技術(shù)能夠很好地降低尾氣排放，極大地減少尾氣對(duì)于環(huán)境的污染，逐漸成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的焦點(diǎn)。

1 汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及原理

再生制動(dòng)系統(tǒng)又稱制動(dòng)能量回收系統(tǒng)[2]，其核心部件之一是既可以作為電動(dòng)機(jī)又可以作為發(fā)電機(jī)的電機(jī)，再生制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1中可以看出，電機(jī)/發(fā)電機(jī)接收電機(jī)ECU的控制信號(hào)，與變速器相連，實(shí)現(xiàn)變速器變速變矩的功能；制動(dòng)系統(tǒng)ECU是再生制動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，通過(guò)接收輪速傳感器、檔位傳感器、制動(dòng)踏板單元等傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)，計(jì)算出駕駛員所需要的制動(dòng)強(qiáng)度和制動(dòng)力，然后根據(jù)變速箱擋位信號(hào)、輪速信號(hào)、電機(jī)功率信號(hào)以及電池充電功率信號(hào)燈，與事先設(shè)定的控制策略進(jìn)行對(duì)比，決定前后輪制動(dòng)力的大小和再生制動(dòng)力。

圖1 再生制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電機(jī)ECU接收制動(dòng)系統(tǒng)ECU傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)，按照信號(hào)指令，控制電機(jī)輸出的電流大小來(lái)控制輸出的再生制動(dòng)力矩，再生制動(dòng)力矩與摩擦制動(dòng)力協(xié)調(diào)配合，以滿足駕駛員所需求的制動(dòng)力大小。

2 電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收的評(píng)價(jià)指標(biāo)

當(dāng)前還沒(méi)有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收的好壞。文獻(xiàn)[3]提出根據(jù)有無(wú)制動(dòng)能量回收時(shí)的耗電量的比值作為評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車能量回收好壞的評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了整車耗電量與工況、整車參數(shù)、部件效率以及制動(dòng)能量回收比例之間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)求解基于工況的特征權(quán)值，研究不同車型在各工況中的節(jié)能潛力，但是整車節(jié)能度這個(gè)評(píng)價(jià)方法復(fù)雜，實(shí)際運(yùn)用評(píng)價(jià)難度較大，很難實(shí)現(xiàn)；文獻(xiàn)[4]提出把電動(dòng)汽車中電機(jī)回收的能量與總制動(dòng)能量的比值，即電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，開(kāi)發(fā)出了一種新的道路測(cè)試系統(tǒng)，重點(diǎn)研究不同控制策略下的車輛經(jīng)濟(jì)性，該評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠明確地評(píng)價(jià)制動(dòng)能量回收的好壞，同時(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)式也比較簡(jiǎn)單，容易表達(dá)。

這里我們采用文獻(xiàn)[4]提出的評(píng)價(jià)方法，建立數(shù)學(xué)表達(dá)式，用電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率來(lái)評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收的好壞。

其中：Pbat為蓄電池充電功率，Pmot為電機(jī)發(fā)電功率，?mot為電機(jī)發(fā)電效率，?bat為蓄電池充電效率，E1為制動(dòng)過(guò)程中的總能量，?為制動(dòng)能量回收率。

3 影響純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收的因素分析

根據(jù)前面提出的電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率的計(jì)算公式，可以得到影響純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率的因素有以下幾個(gè)方面。

3.1 電池因素

電池對(duì)于純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率的影響非常大，電池的SOC值作為是否需要對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行回收的評(píng)價(jià)指標(biāo)。當(dāng)電池的SOC值很高時(shí)，表明蓄電池電量已經(jīng)接近飽和狀態(tài)，此時(shí)即使處于制動(dòng)狀態(tài)，但是為了保護(hù)蓄電池的安全，防止蓄電池過(guò)量充電，電機(jī)不能處于發(fā)電狀態(tài)，也不能進(jìn)行制動(dòng)能量回收。并且，電機(jī)的發(fā)電能力還受到電池充電能力的影響。一般來(lái)說(shuō)，電池的充電功率越大，吸收電機(jī)發(fā)出的電能的能力就越強(qiáng)。但是普通電動(dòng)汽車電池的充電功率需要受到成本、安放位置的影響，不可能做得過(guò)大，因此受電池充電功率的影響，限制了電機(jī)的允許發(fā)電功率，影響制動(dòng)能量的回收效果。

3.2 電機(jī)因素

電機(jī)是電動(dòng)汽車的核心部件之一，電機(jī)的發(fā)電功率越大，電池的充電功率越大，回收的能量也就越多。但是電機(jī)的發(fā)電功率也受到成本、技術(shù)、尺寸的限制，不可能一味地增大，因此，電機(jī)能夠提供的再生制動(dòng)力矩是很有限的，當(dāng)駕駛員需要的制動(dòng)力矩很大時(shí)，僅僅依靠電機(jī)的再生制動(dòng)力矩?zé)o法滿足制動(dòng)需求，往往需要通過(guò)與摩擦制動(dòng)協(xié)調(diào)配合，才能達(dá)到必要的制動(dòng)力矩。

3.3 行駛工況

行駛工況也是影響電動(dòng)汽車能量回收效率好壞的關(guān)鍵因素之一。行駛工況不同，汽車制動(dòng)的頻率就不一樣。在高速公路行駛工況下，行駛車輛狀況單一、道路通暢，汽車可以以較高速度長(zhǎng)時(shí)間行駛，制動(dòng)頻率相對(duì)較低，可以回收的制動(dòng)能量就較少。而在城市行駛工況中，道路、車況相對(duì)比較復(fù)雜，需要頻繁起步與踩剎車，可以回收的制動(dòng)能量相對(duì)比較多。

4 純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率的影響分析

本研究主要運(yùn)用advisor軟件討論電機(jī)功率、行駛工況對(duì)純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率的影響。advisor純電動(dòng)汽車的輸入模型如圖2所示[5]。

圖2 advisor純電動(dòng)汽車輸入界面

在advisor軟件中，mc_pwr_in_r為電機(jī)發(fā)電功率；mot_as_gen_eff為電機(jī)發(fā)電效率；eta_ess_chg為蓄電池充電效率。通過(guò)對(duì)不同的設(shè)定參數(shù)輸入到advisor軟件中，得到電機(jī)功率為75 kW和90 kW的制動(dòng)能量回收率仿真結(jié)果，在Matlab中輸入相關(guān)表達(dá)式對(duì)兩者相減，即得到圖3的仿真結(jié)果；圖4為不同的行駛工況對(duì)制動(dòng)能量回收率的影響。

圖3 75 kW與90 kW兩種電機(jī)的制動(dòng)能量回收率的差值

圖4 UDDS和ECE_UDC工況的制動(dòng)能量回收率的對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

本研究分析了傳動(dòng)裝置效率，電機(jī)功率，蓄電池功率以及行駛工況對(duì)純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率的影響，根據(jù)仿真分析結(jié)果可以看出：（1）傳動(dòng)裝置效率，電機(jī)功率，蓄電池功率以及行駛工況等都是影響汽車制動(dòng)能量回收率的關(guān)鍵因素。當(dāng)考慮提高純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率時(shí)，需要具體考慮上述因素的影響。（2）行駛工況對(duì)汽車制動(dòng)能量回收率有很大的影響，根據(jù)仿真分析結(jié)果可以看出，ECE_UDC工況比UDDC工況制動(dòng)能量回收率高。