純電動汽車制動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）

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

1 汽車再生制動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及原理

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

從圖1中可以看出，電機/發(fā)電機接收電機ECU的控制信號，與變速器相連，實現(xiàn)變速器變速變矩的功能；制動系統(tǒng)ECU是再生制動系統(tǒng)的核心部件，通過接收輪速傳感器、檔位傳感器、制動踏板單元等傳遞過來的信號，計算出駕駛員所需要的制動強度和制動力，然后根據(jù)變速箱擋位信號、輪速信號、電機功率信號以及電池充電功率信號燈，與事先設(shè)定的控制策略進行對比，決定前后輪制動力的大小和再生制動力。

圖1 再生制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

2 電動汽車制動能量回收的評價指標(biāo)

當(dāng)前還沒有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)來評價純電動汽車制動能量回收的好壞。文獻[3]提出根據(jù)有無制動能量回收時的耗電量的比值作為評價電動汽車能量回收好壞的評價指標(biāo)，建立了整車耗電量與工況、整車參數(shù)、部件效率以及制動能量回收比例之間的函數(shù)關(guān)系，通過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)能度這個評價方法復(fù)雜，實際運用評價難度較大，很難實現(xiàn)；文獻[4]提出把電動汽車中電機回收的能量與總制動能量的比值，即電動汽車制動能量回收率作為評價指標(biāo)，開發(fā)出了一種新的道路測試系統(tǒng)，重點研究不同控制策略下的車輛經(jīng)濟性，該評價指標(biāo)能夠明確地評價制動能量回收的好壞，同時評價指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達式也比較簡單，容易表達。

這里我們采用文獻[4]提出的評價方法，建立數(shù)學(xué)表達式，用電動汽車制動能量回收率來評價電動汽車制動能量回收的好壞。

其中：Pbat為蓄電池充電功率，Pmot為電機發(fā)電功率，?mot為電機發(fā)電效率，?bat為蓄電池充電效率，E1為制動過程中的總能量，?為制動能量回收率。

3 影響純電動汽車制動能量回收的因素分析

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

3.1 電池因素

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

3.2 電機因素

電機是電動汽車的核心部件之一，電機的發(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，電機能夠提供的再生制動力矩是很有限的，當(dāng)駕駛員需要的制動力矩很大時，僅僅依靠電機的再生制動力矩?zé)o法滿足制動需求，往往需要通過與摩擦制動協(xié)調(diào)配合，才能達到必要的制動力矩。

3.3 行駛工況

行駛工況也是影響電動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時間行駛，制動頻率相對較低，可以回收的制動能量就較少。而在城市行駛工況中，道路、車況相對比較復(fù)雜，需要頻繁起步與踩剎車，可以回收的制動能量相對比較多。

4 純電動汽車制動能量回收率的影響分析

本研究主要運用advisor軟件討論電機功率、行駛工況對純電動汽車制動能量回收率的影響。advisor純電動汽車的輸入模型如圖2所示[5]。

圖2 advisor純電動汽車輸入界面

在advisor軟件中，mc_pwr_in_r為電機發(fā)電功率；mot_as_gen_eff為電機發(fā)電效率；eta_ess_chg為蓄電池充電效率。通過對不同的設(shè)定參數(shù)輸入到advisor軟件中，得到電機功率為75 kW和90 kW的制動能量回收率仿真結(jié)果，在Matlab中輸入相關(guān)表達式對兩者相減，即得到圖3的仿真結(jié)果；圖4為不同的行駛工況對制動能量回收率的影響。

圖3 75 kW與90 kW兩種電機的制動能量回收率的差值

圖4 UDDS和ECE_UDC工況的制動能量回收率的對比

5 結(jié)語

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