新能源汽车再生能量回馈教学与研究

  回馈技术的应用一方面增加了电驱动车辆一次充电的续驶里程,另一方面减少了传统制动器的磨损,同时还改善了整车动力学的控制性能。

  随着环境污染与能源危机问题的日益严峻,包括混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车在内的新能源汽车成为了世界各国研发的热点。在城市工况下行驶的汽车大约有 1 /3 到1 /2 用于直接驱动车辆运行的能量被消耗在制动过程中。若能对这部分耗散的能量加以回收利用,可大大提高整车能量经济性。

  制动能量回收,又称回馈制动或再生制动,对于电驱动车辆而言,是指在减速或制动过程中, 驱动电机工作于发电状态, 将车辆的部分动能转化为电能储存于电池中, 同时施加电机回馈转矩于驱动轴,对车辆进行制动。该技术的应用一方面增加了电驱动车辆一次充电的续驶里程,另一方面减少了传统制动器的磨损, 同时还改善了整车动力学的控制性能。因此,研究制动能量回收集成化技术具有重要意义和广阔的前景。

  对于传统内燃机汽车,制动力主要由摩擦制动系统产生,产生机制相对简单。而对于电驱动车辆,12千瓦发电机引入制动能量回馈后,须考虑将总的制动力需求在摩擦制动力和回馈制动力之间进行分配,以实现二者的协调控制。由于受到电池和电机特性的影响,来自电驱动系统的回馈制动力与摩擦制动力的产生机理不同,在相同的机械与动力学条件下二者特性也有很大差别,这些都是在制动能量回收系统的发展与应用过程中需要重点关注的问题。

  从整车层面分析,制动能量回收系统主要包括电制动系统和液压制动系统两个子系统, 同时涉及整车控制器、变速器、差速器和车轮等相关部件。电制动系统包含驱动电机及其控制器、动力电池和电池管理系统。电机控制器用于控制驱动电机工作于发电状态,施加回馈制动力; 电池管理系统控制电能回收于电池; 液压控制系统包括液压制动执行机构和制动控制器( BCU) ,用于控制摩擦制动力的建立与调节。

  制动能量回收系统的关键技术主要体现在零部件、系统控制和评价方法等方面。系统控制策略首要问题是制动力分配的问题,这方面国内学者多处于理论分析和建模仿真阶段,策略也比较多,举一个例子,如图2。

  提高新能源汽车的经济性和续航能力是研究制动能量系统的初衷,而经济性的评价方法也是众多学者一直研究的热点方向。目前,制动能量回收对能量经济性改善的评价指标主要有两种: 制动能量回收效率和对续驶里程延长的贡献率。

  比如,为了考量减速制动过程中, 制动能量系统回收动能的能力大小,可采用制动能量回收效率 ηreg作为评价指标:

  式中: Ereg为制动过程中车轮处回收的能量; Erecoverable为制动过程中可回收能量。

  针对汽车驱动电机的再生能量回馈试验,致远电子推出的新能源教学研究平台采用了与实际电动汽车电力驱动及控制系统类似的组成部分,能够直观、真实地模拟电动汽车的实际组成结构和运行工况,并能够对整个系统进行测试分析;

  平台可根据GB/T 18488-2015电动汽车用驱动电机系统试验标准,通过使用负载电机反拖驱动电机,使被测电机运行在能量回馈状态下,灵活利用内置MDA电机与驱动器分析仪的积分功能,对电机控制器的输入端进行实时积分,精确捕捉该电机在制动时回馈的能量值,能够全面的分析新能源汽车制动能量系统的效能和经济性指标。

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