纯电动汽车制动能量回收试验方法研究*

许桢贤，郑望晓，谭淳洲，罗玲



纯电动汽车制动能量回收试验方法研究*

许桢贤，郑望晓，谭淳洲，罗玲

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州 511434）

回收制动能量是提高纯电动汽车整车能量利用效率的有效方法。文章首先介绍了纯电动汽车制动能量的分配原理及评价方法，并提出了采用定减速度试验方法对综合试验方法进行补充。在此基础上，搭建了试验平台，并设计了试验平台和车辆的参数、要求以及测试方法的重复性评价标准，最后通过某EV车型进行了试验。试验结果表明：定减速度方法可以得到更为准确的制动能量回收量，对纯电动汽车制定运行控制策略以提高整车能量利用率具有更好的指导作用。

纯电动汽车；制动能量回收；试验方法

前言

与传统燃料汽车通过摩擦将车辆机械能转换为热能、从而减低车速的方法相比，纯电动汽车由于采用电机反转的再生制动方式，车辆制动过程可回馈电能并存储到动力电池中，从而提高整车的能量利用率[1]。据统计，在城市行驶工况下，纯电动汽车的制动能量超过驱动能量的50%，部分大城市甚至高达70%；而在郊区工况下，制动能量的占比也达到20%以上[2]。因此，有效回收制动能量，是提高纯电动汽车能量利用率的有效手段。

然而，目前纯电动汽车的制动能量并没有得到有效的回收利用，大部分的再生电能在制动过程中损耗，能量利用率不高。因此，研究机构和企业针对电动汽车制动能量回收技术及评价方法进行了相关研究。文献[3]基于不同能量间的传递关系以及制动初速度和减速度的影响，提出通过分解NEDC工况片段进行分析比较的方法；文献[4-5]提出综合了制动能量回收率、节能贡献度、续航里程贡献度等指标的评价体系，并分析了相关因素的影响作用；文献[6]针对制动能量回收效率设计了3种试验方法，并对比了不同方法的优缺点。

但是，现有研究均基于NEDC工况进行试验和评价，考虑到NEDC工况的车速误差范围较大，对能量回收结果分析的准确性存在较大的误差影响。因此，本文从制动能量回收原理出发，提出一种电动汽车制动能量回收试验方法，并针对某款纯电动汽车的能量回收规律进行研究，从而为评价制动能量回收对改善电动汽车整体能效的作用提供一种有效的方法。

1 制动能量回收测试平台

1.1 系统结构和工作原理

1.1.1 能量分配原理

电动汽车制动或者惯性滑行中释放出的多余能量，可以通过传动系统转换为电能并存储值动力电池中，继而为车辆的行驶和车载电器提供再生电力，从而实现了制动能量的再利用。

在平直道路上行驶时，一般认为电动汽车的势能保持不变，而动能将随着车速相应变化，因此，纯电动汽车运行时整车能量如图1所示。在车辆驱动工况下，动力电池组所提供的电能，除了一部分用于克服行驶阻力以及车载设备的用电，其余部分将提供车辆行驶所需的动力；在车辆制动工况下，车辆动能一部分用于抵消摩擦力所带来的消耗，其余部分则通过车辆传动系统转化为电能，在满足车载设备用电的情况下，剩余部分将存储至动力电池组中，该过程实际上相当于对电池进行充电。

图1 纯电动汽车运行时整车能量流动图

1.1.2 评价方法

目前，电动汽车能量消耗量的评价大部分采用综合工况试验，通过测量能量消耗量及续驶里程，以制动能量回馈率、能量回收率、回收贡献率等进行衡量。但是，综合工况试验无法反映特定车速及减速度下的能量回收特征；同时，该试验方法仅测试纯电动汽车在NEDC工况的再生电能回收情况及其安全性能，未覆盖不同驾驶模式、不同能量回收等级、以及混动车型的纯电运行状态等方面的测试，缺乏统一性和有效性。因此，本文提出以定减速度方法对综合工况试验进行补充，从而可以有效分析综合工况结果的差异性，并对不同控制策略的优劣性进行对比。

1.2 测试方法

1.2.1 试验平台及方法

试验平台主要包含功率分析仪、底盘测功机、电流传感器、CANlogger等试验仪器及设备，相关参数必须满足量程和精度的要求以保证试验测试数据真实有效。根据台架试验对道路阻力曲线的规定，可采用理论计算法获取行驶阻力。考虑到试验过程坡度阻力和加速阻力的影响较小，可以认为车辆行驶阻力主要来自于滚动阻力和空气阻力，且数值为两者的总和。其中，滚动阻力为车重与滚动阻力系数的乘积，空气阻力则与车速的平方成正比，其系数可由迎风面积和空气阻力常数的比值得到。同时，采用该平台进行综合工况试验及恒减速度工况试验时，环境温度均设置在25℃±2℃范围内。

1.2.2 车辆要求

所提出的定减速度方法规定车辆达到最高车速vmax后，以特定的减速度a减速直至车辆停止，由于其工况误差带比NEDC工况窄，试验误差可以得到有效降低。定减速度工况试验中，车辆状态还需满足以下要求：

1）禁止车辆动力电池进入快冷状态，以减少对回收能量的干扰；

2）试验前7天内车辆至少应行驶300km，且试验开始前动力电池SOC 保持在一定范围以减少对电池充放电能力的影响。一般混动车型可以设置在SOC 80%以下的纯电区间内，纯电动车型可以设置在20%-80%的SOC区间内；

1.2.3 重复性评价标准

为保证测试数据的有效性，每个定减速度工况需进行3次试验，并采用Grubbs检验法进行重复性评价以判断是否存在异常值。当测量值满足1＜2＜3时，针对上侧情形的检验可由式（1）计算出统计量；若取检出水平=5%，可以得到0.95(3)=1.153。因此，当3＞0.95(3)=1.153时，则最大值x3为异常值；反之则判定为无异常值。

针对下侧情形的检验可由式（2）计算出统计量；同样取检出水平=5%，可知当3＞0.95(3)=1.153时，则最小值x1为异常值；反之则判定为无异常值。

2 实车验证结果

2.1 实验设置参数

定减速度工况试验的条件及参数如表1所示，试验过程可采用D档滑行，即以D档从最高速度vmax开始滑行至最低稳定车速；其中，试验过程vmax一般取高于我国高速公路的最高限速120km/h，本试验设置为150km/h，同时考虑到试验操作的可行性，曲线误差取±0.5km/h。根据上述设置参数，可知当减速度a=0.8/s2时的工况曲线如图2所示。

图2 ai≥0.8m/s2的工况曲线

表1 vmax及ai设置条件

2.2 某EV车型恒减速度试验结果

根据上述试验方法及设置参数，对某EV车型进行定减速度试验，其结果如图3、4所示。图3为ABS控制策略下的工况试验结果，由图3可以看出，减速度a=1.3/s2工况的制动能量回收量最大，且a＞1.3/s2区间内，能量回收量随着减速度增大而降低，制动能量与减速度基本呈下抛物线的关系。图4为ESP控制策略下的工况试验结果，由图4可以看出，在减速度a≥1/s2的区间内，随着减速度增大，制动能量回收量逐渐降低，制动能量与减速度基本呈线性下降的关系。由试验结果可知，不同控制策略下，减速度对制动能量回收量的影响存在差异，因此定减速度试验可有效提高制动能量回收量的计算精度。

进一步地，通过对比图3、4，可知定减速度工况试验中，在统计速度区间为145km/h-5km/h的条件下，ABS控制策略每个减速度工况的能量回收量均高于ESP控制策略的。因此，实际试验分析中，制动能量回收量还应考虑不同控制策略的影响关系，以提高计算的准确性。

图3 ABS控制策略下的试验工况结果

图4 ESP控制策略下的试验工况结果

3 结论

回收利用制动能量是提高纯电动汽车整车能量利用效率的有效方法。本文提出了基于定减速度的纯电动汽车制动能量回收试验方法，通过搭建试验平台，研究不同定减速度、不同控制策略对制动能量回收量的影响，得到较为精确的试验结果，对提高纯电动汽车实际运行中制动能量回收率具有较好的参考意义。

[1] 章艳,邓亚东,李孟良等.纯电动汽车制动能量回收系统测评方法研究[J].武汉大学学报（工学版）, 2015, 48(5): 707-711.

[2] 王猛,孙泽昌,卓桂荣等.电动汽车制动能量回收系统研究[J].农业机械学报, 2012, 43(2): 6-10.

[3] 王计广,李孟良,徐月云等.电动汽车制动能量回收系统评价方法研究[J].试验测试, 2014, 12: 35-39.

[4] 仇斌,陈全世.电动城市公交车制动能量回收评价方法[J].机械工程学报, 2012, 48(16): 80-85.

[5] 初亮,刘达亮,刘宏伟等.纯电动汽车制动能量回收评价方法研究[J].汽车工程, 2017, 39(4): 471-479.

[6] 苏航.纯电动汽车制动能量回收效率试验方法研究[J].客车技术与研究, 2017,3: 50-55.

Research on the test method of braking energy recovery forelectric vehicle

Xu Zhenxian, Zheng Wangxiao, Tan Chunzhou, Luo Ling

（GAC Automotive Research & Development Center, Guangdong Guangzhou 511434）

The recovery of braking energy is an effective way to improve the energy efficiency of the electric vehicle. In this paper, the principle and evaluation method of the braking energy distribution of electric vehicle is introduced first, and the method of speed reduction test is put forward to supplement the comprehensive test method. And then the test platform was built, with the parameters, requirements and the repeatability evaluation criteria designed simultaneously. Finally, the speed reduction test was carried out through one EV car. The results show that a more accurate braking energy recovery could be obtained by the speed reduction method, and it has a better guiding role in making the control strategy of the electric vehicle in order to improve the energy utilization rate.

Electric vehicle; Braking energy recovery; Test method

A

1671-7988(2018)18-06-03

U469.7

A

1671-7988(2018)18-06-03

CLC NO.: U469.7

许桢贤，就职于广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院。研究方向：整车电子试验领域。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.003