純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收評(píng)價(jià)與試驗(yàn)方法

文振山

摘 要：本文旨在研究純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收的評(píng)價(jià)方法。從制動(dòng)能量回收的機(jī)理入手，分析了制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的制動(dòng)力分配和整車能量流;引入新的制動(dòng)器效能因數(shù)和電機(jī)制動(dòng)力分配系數(shù)的概念，推導(dǎo)出制動(dòng)輪缸壓力與制動(dòng)能量之間的關(guān)系;提出了評(píng)價(jià)制動(dòng)能量回收效果的3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別為制動(dòng)能量回收率、節(jié)能貢獻(xiàn)度和續(xù)駛里程貢獻(xiàn)度;并進(jìn)行了仿真和實(shí)車試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車;能量回收;試驗(yàn)

動(dòng)力電池組對(duì)于電動(dòng)汽車起著非常大的能源作用。由于電動(dòng)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(duì)數(shù)量十分龐大的電池組成的電池組，更要加強(qiáng)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)管理，保障電動(dòng)汽車運(yùn)行的安全性。與此同時(shí)，因?yàn)殡妱?dòng)汽車本身具有較為復(fù)雜的運(yùn)行情況，在一定程度上加大了對(duì)于電池管理方面的難度。另一方面，可能會(huì)出現(xiàn)制造工藝方面的缺陷，無(wú)法確保每一個(gè)電池都是一致的，這就導(dǎo)致有些電池利用過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)度充電或過(guò)度放電的現(xiàn)象，長(zhǎng)此以往，這部分電池將使用壽命將會(huì)大大降低，不利于整個(gè)電池組的使用，甚至可能會(huì)有爆炸等潛在性安全隱患，對(duì)人的生命安全構(gòu)成一定威脅。因此，需要加強(qiáng)對(duì)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(dòng)汽車制動(dòng)能量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(gè)電池管理單元。對(duì)于其中的每一個(gè)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(diǎn)溫度進(jìn)行精確的檢測(cè)。根據(jù)單體電壓和母線電壓的相關(guān)信息維持其均衡狀態(tài)，而節(jié)點(diǎn)溫度則是對(duì)電池組熱方面進(jìn)行管理，主電池管理不僅要具備上述功能，還要對(duì)從電池管理單元傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，對(duì)電池的荷電狀態(tài)估算，同時(shí)，相關(guān)信息需要通過(guò)Flash存儲(chǔ)器儲(chǔ)存起來(lái)，方便之后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。分布式系統(tǒng)主要由功能相同的多個(gè)設(shè)備組成，并使用LIN總線在多個(gè)設(shè)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(diǎn)溫度感測(cè)是每個(gè)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(gè)通道，MCU內(nèi)置的AD模塊以12位采樣精度使用，節(jié)點(diǎn)溫度由單總線數(shù)字溫度計(jì)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(hào)，實(shí)現(xiàn)電路均衡和溫度保護(hù)電路。

1.2 特點(diǎn)

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)包括以下幾個(gè)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(jì)DS18B20對(duì)節(jié)點(diǎn)溫度進(jìn)行收集。從而收集到更加精確的各點(diǎn)溫度，然后利用CRC校驗(yàn)確保通信更加準(zhǔn)確。最后，外接風(fēng)扇，如果檢測(cè)到其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度過(guò)高，其實(shí)應(yīng)該馬上打開(kāi)風(fēng)扇進(jìn)行降溫處理，防止長(zhǎng)時(shí)間高溫狀態(tài)對(duì)電池造成損害。如果風(fēng)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(lái)具體實(shí)施。通過(guò)電子式開(kāi)關(guān)切換均衡電路，避免電磁的干擾。整個(gè)過(guò)程主要利用DC/DC變換器對(duì)每個(gè)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(gè)電池組。根據(jù)結(jié)果，使用電子開(kāi)關(guān)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(zhǎng)使用壽命。第五，運(yùn)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(hào)后，每個(gè)電池單元都會(huì)據(jù)此調(diào)整電路，并在處理后將電壓信號(hào)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(hào)傳感器可以采集電流信號(hào)，從而使采集結(jié)果更加準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)的。

2 能量流分析及節(jié)能性評(píng)價(jià)

車輛在行駛過(guò)程中，受到滾動(dòng)阻力、空氣阻力、坡度阻力和慣性阻力的共同作用。無(wú)論車輛行駛過(guò)程中處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)還是制動(dòng)狀態(tài)，都會(huì)受到滾動(dòng)阻力和空氣阻力的作用，一直消耗車輛的驅(qū)動(dòng)能量且不可回收。典型轎車在城市循環(huán)工況下由于滾動(dòng)阻力和空氣阻力消耗的能量占驅(qū)動(dòng)能量的30%以上，因此在評(píng)價(jià)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的能量回收效果時(shí)，是否計(jì)入這兩部分的能量消耗，存在兩種不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)。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(dòng)能量，用制動(dòng)能量回收率評(píng)價(jià);另一種是指車輛在實(shí)際行駛過(guò)程中，回收的能量對(duì)汽車消耗總能量或行駛里程的貢獻(xiàn)程度，用節(jié)能貢獻(xiàn)度和續(xù)駛里程貢獻(xiàn)度評(píng)價(jià)，后文將給出這3個(gè)指標(biāo)的明確定義。

3 加強(qiáng)電池管理系統(tǒng)的建設(shè)

根據(jù)純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)所運(yùn)用的硬件裝置，建設(shè)更加合理的軟件管理基礎(chǔ)構(gòu)件，再結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的高科技技術(shù)對(duì)其管理基本框架進(jìn)行完善和優(yōu)化，對(duì)管理指令采取更加科學(xué)規(guī)范的處理方式，有效地確保各個(gè)系統(tǒng)功能層在信息傳遞時(shí)的獨(dú)立狀態(tài)，避免了在多個(gè)信息同時(shí)反饋時(shí)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(zhǔn)確的將相關(guān)任務(wù)指令傳達(dá)，使得傳輸過(guò)程更加高效且獨(dú)立。另外，如果要將動(dòng)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(guò)程中不斷提高和加強(qiáng)。在電池管理系統(tǒng)各個(gè)硬件的使用以及軟件指令傳達(dá)和軟件系統(tǒng)的監(jiān)督下，能夠使得各個(gè)硬件對(duì)自身完成相關(guān)檢測(cè)與管理維護(hù)，從而能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)軟件使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的故障問(wèn)題，進(jìn)而能夠被軟件管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到有關(guān)數(shù)據(jù)信息，并將這些信息通過(guò)傳遞存儲(chǔ)的動(dòng)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(duì)于純電動(dòng)汽車正常運(yùn)行至關(guān)重要，與使用者的生命安全息息相關(guān)，在社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下，動(dòng)力電池生產(chǎn)技術(shù)得到了進(jìn)一步創(chuàng)新與提高，在動(dòng)力電池溫度所帶來(lái)的相關(guān)不利影響方面，已經(jīng)得到了很好的解決，對(duì)于純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池更加穩(wěn)定、高效、安全工作帶來(lái)十分積極的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了純電動(dòng)轎車制動(dòng)能量回收的3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：制動(dòng)能量回收率，節(jié)能貢獻(xiàn)度和續(xù)駛里程貢獻(xiàn)度，并給出了這3個(gè)指標(biāo)的測(cè)量和計(jì)算方法。通過(guò)仿真驗(yàn)證了制動(dòng)能量回收率的計(jì)算方法;通過(guò)實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證了節(jié)能貢獻(xiàn)度的計(jì)算方法。證明了評(píng)價(jià)指標(biāo)的穩(wěn)定性、合理性和正確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王計(jì)廣，李孟良，徐月云等.電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法研究[J].汽車技術(shù)，2014（12）：35-39.

[2]初亮，蔡健偉，富子丞等.純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收評(píng)價(jià)與試驗(yàn)方法研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（01）：18-22.