纯电动汽车制动能量回收评价与试验方法

文振山

摘 要：本文旨在研究纯电动汽车制动能量回收的评价方法。从制动能量回收的机理入手，分析了制动能量回收系统的制动力分配和整车能量流;引入新的制动器效能因数和电机制动力分配系数的概念，推导出制动轮缸压力与制动能量之间的关系;提出了评价制动能量回收效果的3个评价指标，分别为制动能量回收率、节能贡献度和续驶里程贡献度;并进行了仿真和实车试验。

关键词：纯电动汽车;能量回收;试验

动力电池组对于电动汽车起着非常大的能源作用。由于电动汽车需要较大的功率，需要很多电池串并联的方式形成电池组，面对数量十分庞大的电池组成的电池组，更要加强对其进行相关管理，保障电动汽车运行的安全性。与此同时，因为电动汽车本身具有较为复杂的运行情况，在一定程度上加大了对于电池管理方面的难度。另一方面，可能会出现制造工艺方面的缺陷，无法确保每一个电池都是一致的，这就导致有些电池利用过程中出现过度充电或过度放电的现象，长此以往，这部分电池将使用寿命将会大大降低，不利于整个电池组的使用，甚至可能会有爆炸等潜在性安全隐患，对人的生命安全构成一定威胁。因此，需要加强对电池的合理性管，特别是要注重电池性能的一致性。

1 纯电动汽车制动能量系统设计

1.1 概述

本文所描述的分布式电池管理系统，包含了许多个电池管理单元。对于其中的每一个电池管理单元，都能够对电池的单体电压、母线电流、母线电压、节点温度进行精确的检测。根据单体电压和母线电压的相关信息维持其均衡状态，而节点温度则是对电池组热方面进行管理，主电池管理不仅要具备上述功能，还要对从电池管理单元传来的數据进行接收，对电池的荷电状态估算，同时，相关信息需要通过Flash存储器储存起来，方便之后对这些数据进行检查。分布式系统主要由功能相同的多个设备组成，并使用LIN总线在多个设备之间交换数据。电池组总线电压、电池组总线电流、电池组电压和电池组节点温度感测是每个电池管理单元的功能。电流采样使用霍尔电流传感器，单节电压采样具有20个通道，MCU内置的AD模块以12位采样精度使用，节点温度由单总线数字温度计DS18B20收集。 MCU分析电路采样结果以建立合理的控制策略并发送控制信号，实现电路均衡和温度保护电路。

1.2 特点

整个系统设计特点包括以下几个方面：首先，电压采样模块和均衡模块采样线共同利用。其次，利用单总线数字式温度计DS18B20对节点温度进行收集。从而收集到更加精确的各点温度，然后利用CRC校验确保通信更加准确。最后，外接风扇，如果检测到其中一个节点温度过高，其实应该马上打开风扇进行降温处理，防止长时间高温状态对电池造成损害。如果风扇处理后，其温度仍然较高，就不能是电池保持在充放电状态，这样可以确保电池正常工作。第四，均衡电池组。利用非耗散式、集中均衡管理电路来具体实施。通过电子式开关切换均衡电路，避免电磁的干扰。整个过程主要利用DC/DC变换器对每个电池单元都从电池组中重新分配，并传递到低能耗电池组，以平衡整个电池组。根据结果，使用电子开关式中央均衡充电模块可以帮助维持更一致的电池并有效地延长使用寿命。第五，运用类单总线性结构采集电压，使用MCU发出控制命令，接收到信号后，每个电池单元都会据此调整电路，并在处理后将电压信号输入到内置在MCU中的12位AD模块。结果显示，采集误差小于1%，并且霍尔信号传感器可以采集电流信号，从而使采集结果更加准确。第六，电池管理单元的数据传递是利用LIN通信总线实现的。

2 能量流分析及节能性评价

车辆在行驶过程中，受到滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和惯性阻力的共同作用。无论车辆行驶过程中处于驱动状态还是制动状态，都会受到滚动阻力和空气阻力的作用，一直消耗车辆的驱动能量且不可回收。典型轿车在城市循环工况下由于滚动阻力和空气阻力消耗的能量占驱动能量的30%以上，因此在评价制动能量回收系统的能量回收效果时，是否计入这两部分的能量消耗，存在两种不同的评价指标。一种是不考虑中间环节的转化效率，理论上可回收的制动能量，用制动能量回收率评价;另一种是指车辆在实际行驶过程中，回收的能量对汽车消耗总能量或行驶里程的贡献程度，用节能贡献度和续驶里程贡献度评价，后文将给出这3个指标的明确定义。

3 加强电池管理系统的建设

根据纯电动汽车动力电池管理系统所运用的硬件装置，建设更加合理的软件管理基础构件，再结合计算机软件技术的高科技技术对其管理基本框架进行完善和优化，对管理指令采取更加科学规范的处理方式，有效地确保各个系统功能层在信息传递时的独立状态，避免了在多个信息同时反馈时所造成的相互间干扰，造成结果的较大误差，保证各功能层能够准确的将相关任务指令传达，使得传输过程更加高效且独立。另外，如果要将动力电池的管理系统软硬件更好地结合，需要构建两者之间更紧密的联系，在之后的发展过程中不断提高和加强。在电池管理系统各个硬件的使用以及软件指令传达和软件系统的监督下，能够使得各个硬件对自身完成相关检测与管理维护，从而能够及时的发现软件使用过程中可能会出现的故障问题，进而能够被软件管理系统监测到有关数据信息，并将这些信息通过传递存储的动力电池管理系统中，给使用者提供维修警示。电池供电的安全稳定对于纯电动汽车正常运行至关重要，与使用者的生命安全息息相关，在社会的不断进步和科学技术的快速发展下，动力电池生产技术得到了进一步创新与提高，在动力电池温度所带来的相关不利影响方面，已经得到了很好的解决，对于纯电动汽车动力电池更加稳定、高效、安全工作带来十分积极的影响。

4 结语

本文提出了纯电动轿车制动能量回收的3个评价指标：制动能量回收率，节能贡献度和续驶里程贡献度，并给出了这3个指标的测量和计算方法。通过仿真验证了制动能量回收率的计算方法;通过实车试验验证了节能贡献度的计算方法。证明了评价指标的稳定性、合理性和正确性。

参考文献：

[1]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].汽车技术，2014（12）：35-39.

[2]初亮，蔡健伟，富子丞等.纯电动汽车制动能量回收评价与试验方法研究[J].华中科技大学学报（自然科学版），2014（01）：18-22.