新能源汽車(chē)再生能量回饋教學(xué)與研究

　　回饋技術(shù)的應用一方面增加了電驅動(dòng)車(chē)輛一次充電的續駛里程，另一方面減少了傳統制動(dòng)器的磨損，同時(shí)還改善了整車(chē)動(dòng)力學(xué)的控制性能。

　　隨著(zhù)環(huán)境污染與能源危機問(wèn)題的日益嚴峻，包括混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)在內的新能源汽車(chē)成為了世界各國研發(fā)的熱點(diǎn)。在城市工況下行駛的汽車(chē)大約有 1 /3 到1 /2 用于直接驅動(dòng)車(chē)輛運行的能量被消耗在制動(dòng)過(guò)程中。若能對這部分耗散的能量加以回收利用，可大大提高整車(chē)能量經(jīng)濟性。

　　制動(dòng)能量回收，又稱(chēng)回饋制動(dòng)或再生制動(dòng)，對于電驅動(dòng)車(chē)輛而言，是指在減速或制動(dòng)過(guò)程中， 驅動(dòng)電機工作于發(fā)電狀態(tài)， 將車(chē)輛的部分動(dòng)能轉化為電能儲存于電池中， 同時(shí)施加電機回饋轉矩于驅動(dòng)軸，對車(chē)輛進(jìn)行制動(dòng)。該技術(shù)的應用一方面增加了電驅動(dòng)車(chē)輛一次充電的續駛里程，另一方面減少了傳統制動(dòng)器的磨損， 同時(shí)還改善了整車(chē)動(dòng)力學(xué)的控制性能。因此，研究制動(dòng)能量回收集成化技術(shù)具有重要意義和廣闊的前景。

　　圖1制動(dòng)能量回收系統

　　對于傳統內燃機汽車(chē)，制動(dòng)力主要由摩擦制動(dòng)系統產(chǎn)生，產(chǎn)生機制相對簡(jiǎn)單。而對于電驅動(dòng)車(chē)輛，引入制動(dòng)能量回饋后，須考慮將總的制動(dòng)力需求在摩擦制動(dòng)力和回饋制動(dòng)力之間進(jìn)行分配，以實(shí)現二者的協(xié)調控制。由于受到電池和電機特性的影響，來(lái)自電驅動(dòng)系統的回饋制動(dòng)力與摩擦制動(dòng)力的產(chǎn)生機理不同，在相同的機械與動(dòng)力學(xué)條件下二者特性也有很大差別，這些都是在制動(dòng)能量回收系統的發(fā)展與應用過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

　　從整車(chē)層面分析，制動(dòng)能量回收系統主要包括電制動(dòng)系統和液壓制動(dòng)系統兩個(gè)子系統， 同時(shí)涉及整車(chē)控制器、變速器、差速器和車(chē)輪等相關(guān)部件。電制動(dòng)系統包含驅動(dòng)電機及其控制器、動(dòng)力電池和電池管理系統。電機控制器用于控制驅動(dòng)電機工作于發(fā)電狀態(tài)，施加回饋制動(dòng)力; 電池管理系統控制電能回收于電池; 液壓控制系統包括液壓制動(dòng)執行機構和制動(dòng)控制器( BCU) ，用于控制摩擦制動(dòng)力的建立與調節。

　　制動(dòng)能量回收系統的關(guān)鍵技術(shù)主要體現在零部件、系統控制和評價(jià)方法等方面。系統控制策略首要問(wèn)題是制動(dòng)力分配的問(wèn)題，這方面國內學(xué)者多處于理論分析和建模仿真階段，策略也比較多，舉一個(gè)例子，如圖2。

　　圖2系統控制策略示例

　　提高新能源汽車(chē)的經(jīng)濟性和續航能力是研究制動(dòng)能量系統的初衷，而經(jīng)濟性的評價(jià)方法也是眾多學(xué)者一直研究的熱點(diǎn)方向。目前，制動(dòng)能量回收對能量經(jīng)濟性改善的評價(jià)指標主要有兩種: 制動(dòng)能量回收效率和對續駛里程延長(cháng)的貢獻率。

　　比如，為了考量減速制動(dòng)過(guò)程中， 制動(dòng)能量系統回收動(dòng)能的能力大小，可采用制動(dòng)能量回收效率 ηreg作為評價(jià)指標:

　　ηreg=Ereg/Erecoverable× 100%

　　式中: Ereg為制動(dòng)過(guò)程中車(chē)輪處回收的能量; Erecoverable為制動(dòng)過(guò)程中可回收能量。

　　針對汽車(chē)驅動(dòng)電機的再生能量回饋試驗，致遠電子推出的新能源教學(xué)研究平臺采用了與實(shí)際電動(dòng)汽車(chē)電力驅動(dòng)及控制系統類(lèi)似的組成部分，能夠直觀(guān)、真實(shí)地模擬電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際組成結構和運行工況，并能夠對整個(gè)系統進(jìn)行測試分析;

　　平臺可根據GB/T 18488-2015電動(dòng)汽車(chē)用驅動(dòng)電機系統試驗標準，通過(guò)使用負載電機反拖驅動(dòng)電機，使被測電機運行在能量回饋狀態(tài)下，靈活利用內置MDA電機與驅動(dòng)器分析儀的積分功能，對電機控制器的輸入端進(jìn)行實(shí)時(shí)積分，精確捕捉該電機在制動(dòng)時(shí)回饋的能量值，能夠全面的分析新能源汽車(chē)制動(dòng)能量系統的效能和經(jīng)濟性指標。