纯电动汽车制动能量回收控制方法的研究

李秀芬 雷跃峰

（日照职业技术学院 现代汽车学院，山东 日照 276826）

0 引言

电动汽车作为零排放零污染汽车，倍受关注。电动汽车的技术关键是采用高能量和大容量的蓄电池来提高其续驶里程，这也是制约纯电动汽车产业化发展的瓶颈，因此，制动能量回收问题对提高电动汽车的能源利用率有重要意义。

在汽车制动过程中，是将汽车的动能通过摩擦片的摩擦转化为热能，浪费了大量的能量。有关研究表明，制动能量占总驱动能量的50%左右[2]，在电动汽车上，这种被消散掉的制动能量已经可以通过将制动能量再生回收技术转变为电能储存在蓄电池里，并能将此进一步转化为驱动能量。研究表明，有效回收的制动能量可使电动汽车的续驶里程提高10%-30%[1]。

目前国内对于电动汽车回收制动能量的技术还处于初级研究阶段。具备能量回收的电动汽车上的制动系统，要求在最大限度回收制动能量的同时还得保证汽车良好的制动性能。因此，需要综合考虑汽车动力学特性/电机发电特性和蓄电池安全充电等多方面的问题，研制一种具有实际效用的制动系统具有一定的难度。本文对以上问题进行了积极探索，并取得一些有意义的结论。

1 制动能量回收系统的结构及原理

电动汽车的制动能量回收系统是将制动时的动能转换成电能回馈给电池充电，使得能量能够被再生利用，该功能是由驱动电机的控制电路实现的。因此，电动汽车上的制动系统是再生-液压混合制动系统，本文以此为例介绍混合制动系统的结构和原理。如图1所示。

图1是典型的再生-液压混合制动系统，此系统中将前轮的制动能量进行回收，电机产生的再生制动力与传统制动系统产生的摩擦制动力共同作用实现对前轮的制动。再生制动力和传统制动系统产生的液压制动力的大小是由制动控制器与电机控制器协同工作确定的。制动能量由再生制动控制模块回收并回馈给电池，电动汽车仍装有 ABS，其作用与传统燃油车上的相同。

图1.再生-液压混合制动系统的结构

再生制动系统的基本原理是通过电机驱动的自感电动式/反电动势将存储在电枢中的磁场能量以及车体的动能保存至蓄电池中[3]。

2 制动能量回收的影响因素分析

影响制动能量回收的因素有以下四个方面：

（1）电机的制动能力与可回收的能量多少有重要关系。电机的制动能力越强，可以回收的制动能量就越多，续驶里程提高的就越多。电机的外特性决定了电机在当前转速下可输出的最大再生制动比例，如图2所示，电机在转速较高时处于恒功率发电状态，转速较低时处于恒转矩发电状态 ；其次电机的发电能力直接制约再生能量的多少。

（2）能否对制动能量进行回收及回收的多少取决于电池的荷电状态SOC值和温度，若制动过程中电池的SOC值很高（例如0.85以上），或温度过高（高于55℃），不能进行制动能量的回收或减小充电电流以保护电池及延长电池的使用寿命[4]。

图2.再生制动时电动机外特性

图3.电池充电特性示意图

（3）如图3所示，从电池充电倍率与充电时间的关系可看出，电池的充电倍率上限为最大充电倍率。

（4）车辆制动时，车速越高，制动力矩越大，但是当变速器置于高档位时，电机再生制动不能满足制动要求。档位越低，制动时所需扭矩越小，但此时电机的制动扭矩过剩。

3 再生制动动态分配策略的分析

固定分配再生制动力和机械制动力之间比例的控制策略，在总的制动力中，再生制动的比例受到限制，不能满足电动汽车实际的需求[5]。为了提高电动汽车的续驶里程，本文用动态控制分配再生制动力和机械制动力之间比例的控制策略进行研究。仿真中电动汽车的参数：电机额定功率10KW，最大扭矩50NM，最高转速8700r/min，电池采用镍氢电池，单体电压1.2V，标称电压144V。

动态分配控制策略主要依据是电机的最大放电能力和电池的充电能力以及当前状态下的电池状态。在电机的发电能力范围内，当电池的SOC值小时，再生制动所占的比例就大[3]，反之，机械制动所占的比例就大。当动态分配再生制动力和机械制动力的比例关系时，公式

中X为一个变量，其取值范围0-100，此时电池的充电能力，电机的发电能力及当前状态下电池的SOC值决定X取值[2]。

将此时的电机转速n带入上式可得：

评价再生制动控制策略的其中一个标准是检验制动过程中能量回收的多少。能量回收的评价指标是回收制动能量占电动汽车能量消耗的百分比，即整个工况的能量回收率。

为了更加接近真实的制动工况，选定一个循环工况中的制动情况，以变制动加速度的方式制动，得到数据图4，图5，图6。

图4.循环工况

图5.电池电流

图6 电池SOC值变化曲线

由仿真结果可知，在电池SOC值允许的情况下，再生制动系统回收的能量能够给蓄电池充电。仿真结果表明在一个循环工况下实际回收的能量为 33.142KJ，制动能量回收效率为21%。

[1]冯能莲,么局标,俞黎明,等.电动汽车再生制动控制策略[J].北京工业大学学报,2008,34(12):1332-1338

[2]张培斌.再生制动控制的研究与仿真[D].武汉:武汉理工大学,2006.

[3]王智慧.电动汽车动力电源充放电技术研究[D].西安:长安大学,2007.

[4]张毅,杨林,朱建新,等.电动汽车能量回馈的整车控制[J].汽车工程,2005,27(1):24-27

[5]Y.Gao and M.Ehsani，Electronic braking system of HV and HEV-integration of regenerative braking, automatic braking force control and ABS, in Proceedings of the SAR 2001 Future Transportation Technology Conference Paper No.2001-01-2526,Costa Mesa, CA, AUG, 2001.