純電動汽車制動能量回收評價與試驗方法

文振山

摘 要：本文旨在研究純電動汽車制動能量回收的評價方法。從制動能量回收的機理入手，分析了制動能量回收系統(tǒng)的制動力分配和整車能量流;引入新的制動器效能因數(shù)和電機制動力分配系數(shù)的概念，推導出制動輪缸壓力與制動能量之間的關系;提出了評價制動能量回收效果的3個評價指標，分別為制動能量回收率、節(jié)能貢獻度和續(xù)駛里程貢獻度;并進行了仿真和實車試驗。

關鍵詞：純電動汽車;能量回收;試驗

動力電池組對于電動汽車起著非常大的能源作用。由于電動汽車需要較大的功率，需要很多電池串并聯(lián)的方式形成電池組，面對數(shù)量十分龐大的電池組成的電池組，更要加強對其進行相關管理，保障電動汽車運行的安全性。與此同時，因為電動汽車本身具有較為復雜的運行情況，在一定程度上加大了對于電池管理方面的難度。另一方面，可能會出現(xiàn)制造工藝方面的缺陷，無法確保每一個電池都是一致的，這就導致有些電池利用過程中出現(xiàn)過度充電或過度放電的現(xiàn)象，長此以往，這部分電池將使用壽命將會大大降低，不利于整個電池組的使用，甚至可能會有爆炸等潛在性安全隱患，對人的生命安全構(gòu)成一定威脅。因此，需要加強對電池的合理性管，特別是要注重電池性能的一致性。

1 純電動汽車制動能量系統(tǒng)設計

1.1 概述

本文所描述的分布式電池管理系統(tǒng)，包含了許多個電池管理單元。對于其中的每一個電池管理單元，都能夠?qū)﹄姵氐膯误w電壓、母線電流、母線電壓、節(jié)點溫度進行精確的檢測。根據(jù)單體電壓和母線電壓的相關信息維持其均衡狀態(tài)，而節(jié)點溫度則是對電池組熱方面進行管理，主電池管理不僅要具備上述功能，還要對從電池管理單元傳來的數(shù)據(jù)進行接收，對電池的荷電狀態(tài)估算，同時，相關信息需要通過Flash存儲器儲存起來，方便之后對這些數(shù)據(jù)進行檢查。分布式系統(tǒng)主要由功能相同的多個設備組成，并使用LIN總線在多個設備之間交換數(shù)據(jù)。電池組總線電壓、電池組總線電流、電池組電壓和電池組節(jié)點溫度感測是每個電池管理單元的功能。電流采樣使用霍爾電流傳感器，單節(jié)電壓采樣具有20個通道，MCU內(nèi)置的AD模塊以12位采樣精度使用，節(jié)點溫度由單總線數(shù)字溫度計DS18B20收集。 MCU分析電路采樣結(jié)果以建立合理的控制策略并發(fā)送控制信號，實現(xiàn)電路均衡和溫度保護電路。

1.2 特點

整個系統(tǒng)設計特點包括以下幾個方面：首先，電壓采樣模塊和均衡模塊采樣線共同利用。其次，利用單總線數(shù)字式溫度計DS18B20對節(jié)點溫度進行收集。從而收集到更加精確的各點溫度，然后利用CRC校驗確保通信更加準確。最后，外接風扇，如果檢測到其中一個節(jié)點溫度過高，其實應該馬上打開風扇進行降溫處理，防止長時間高溫狀態(tài)對電池造成損害。如果風扇處理后，其溫度仍然較高，就不能是電池保持在充放電狀態(tài)，這樣可以確保電池正常工作。第四，均衡電池組。利用非耗散式、集中均衡管理電路來具體實施。通過電子式開關切換均衡電路，避免電磁的干擾。整個過程主要利用DC/DC變換器對每個電池單元都從電池組中重新分配，并傳遞到低能耗電池組，以平衡整個電池組。根據(jù)結(jié)果，使用電子開關式中央均衡充電模塊可以幫助維持更一致的電池并有效地延長使用壽命。第五，運用類單總線性結(jié)構(gòu)采集電壓，使用MCU發(fā)出控制命令，接收到信號后，每個電池單元都會據(jù)此調(diào)整電路，并在處理后將電壓信號輸入到內(nèi)置在MCU中的12位AD模塊。結(jié)果顯示，采集誤差小于1%，并且霍爾信號傳感器可以采集電流信號，從而使采集結(jié)果更加準確。第六，電池管理單元的數(shù)據(jù)傳遞是利用LIN通信總線實現(xiàn)的。

2 能量流分析及節(jié)能性評價

車輛在行駛過程中，受到滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和慣性阻力的共同作用。無論車輛行駛過程中處于驅(qū)動狀態(tài)還是制動狀態(tài)，都會受到滾動阻力和空氣阻力的作用，一直消耗車輛的驅(qū)動能量且不可回收。典型轎車在城市循環(huán)工況下由于滾動阻力和空氣阻力消耗的能量占驅(qū)動能量的30%以上，因此在評價制動能量回收系統(tǒng)的能量回收效果時，是否計入這兩部分的能量消耗，存在兩種不同的評價指標。一種是不考慮中間環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化效率，理論上可回收的制動能量，用制動能量回收率評價;另一種是指車輛在實際行駛過程中，回收的能量對汽車消耗總能量或行駛里程的貢獻程度，用節(jié)能貢獻度和續(xù)駛里程貢獻度評價，后文將給出這3個指標的明確定義。

3 加強電池管理系統(tǒng)的建設

根據(jù)純電動汽車動力電池管理系統(tǒng)所運用的硬件裝置，建設更加合理的軟件管理基礎構(gòu)件，再結(jié)合計算機軟件技術(shù)的高科技技術(shù)對其管理基本框架進行完善和優(yōu)化，對管理指令采取更加科學規(guī)范的處理方式，有效地確保各個系統(tǒng)功能層在信息傳遞時的獨立狀態(tài)，避免了在多個信息同時反饋時所造成的相互間干擾，造成結(jié)果的較大誤差，保證各功能層能夠準確的將相關任務指令傳達，使得傳輸過程更加高效且獨立。另外，如果要將動力電池的管理系統(tǒng)軟硬件更好地結(jié)合，需要構(gòu)建兩者之間更緊密的聯(lián)系，在之后的發(fā)展過程中不斷提高和加強。在電池管理系統(tǒng)各個硬件的使用以及軟件指令傳達和軟件系統(tǒng)的監(jiān)督下，能夠使得各個硬件對自身完成相關檢測與管理維護，從而能夠及時的發(fā)現(xiàn)軟件使用過程中可能會出現(xiàn)的故障問題，進而能夠被軟件管理系統(tǒng)監(jiān)測到有關數(shù)據(jù)信息，并將這些信息通過傳遞存儲的動力電池管理系統(tǒng)中，給使用者提供維修警示。電池供電的安全穩(wěn)定對于純電動汽車正常運行至關重要，與使用者的生命安全息息相關，在社會的不斷進步和科學技術(shù)的快速發(fā)展下，動力電池生產(chǎn)技術(shù)得到了進一步創(chuàng)新與提高，在動力電池溫度所帶來的相關不利影響方面，已經(jīng)得到了很好的解決，對于純電動汽車動力電池更加穩(wěn)定、高效、安全工作帶來十分積極的影響。

4 結(jié)語

本文提出了純電動轎車制動能量回收的3個評價指標：制動能量回收率，節(jié)能貢獻度和續(xù)駛里程貢獻度，并給出了這3個指標的測量和計算方法。通過仿真驗證了制動能量回收率的計算方法;通過實車試驗驗證了節(jié)能貢獻度的計算方法。證明了評價指標的穩(wěn)定性、合理性和正確性。

參考文獻：

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