一種混合動力汽車能量回收控制方法

2025-09-10 00:00:00孫靜靜

汽車電器 2025年8期

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）08-0029-03

【Abstract】Energy recovery technology can enhance the pure electric range of new energy vehicles and is one of the coretechnologiesofnew energyvehicles.Thispaper systematicallyanalyzes the influencing factorsof energyrecovery functionandintroduces theenergyrecovery control strategyofahybridelectricvehiclewith aseriesparalel structure. The energy recovery function can be divided into threecategories：braking energyrecovery，coasting energyrecovery，and theswitching control between braking energyrecoveryandcoasting energyrecovery.Through the development of energy recovery strategies，the fuel economy and pure electric range of the vehicle can be efectively improved.

【Key words】 hybrid electric vehicle；energy recovery；brake regeneration；vehicle control unit

0 引言

能量回收是新能源汽車核心技術之一，是指新能源汽車在行駛過程中，將車輛滑行或制動減速時產生的多余能量轉化為電能，并儲存于動力電池之中[-2]。行業內許多專家和學者對能量回收技術有過研究。有研究表明，在城市工況下，合適的能量回收策略最高可回收總能量的 30%～50% ，可延長純電續駛里程10%～30%^13] 。孫慶樂等研究了電動汽車滑行工況能量回收策略，對整車驅動工況、滑行工況和制動工況做了動力學分析，研究電動汽車在不同滑行能量回收策略下的能耗，并與無滑行能量回收時的能耗進行了對比。劉寵譽通過對電動汽車能量回收技術的分析，針對滑行和制動分別設計不同的扭矩控制策略，在充分回收電能的同時，可以提升在滑行回收和制動回收切換過程中的駕駛性感受。

能量回收的原理為：通過傳感器采集車輛狀態和駕駛員動作信息，并將整車和駕駛員狀態信息發送給整車控制器VCU，整車控制器接收處理并據此判斷車輛行駛工況和駕駛員意圖，執行相應的控制策略，對制動執行系統和電機控制器發出控制信息，協調摩擦制動和電機再生制動的分配，控制制動執行系統動作提供摩擦制動力，控制電機發電提供再生制動力，此時電機會向電池充電完成能量回收。以某單擋P13架構的串并聯混動車輛結構為例，該動力系統由發動機、P1發電機、P1控制器、P3電動機、P3控制器、高壓電池組成。圖1中箭頭表示能量回收路徑，即：車輪一分動器—P3電動機—高壓電池。

圖1能量回收功能示意圖

1能量回收控制的影響因素分析

1.1 電池許用充電功率的影響

電池許用充電功率直接影響能量回收控制。無論是磷酸鐵鋰電池還是三元鋰電池，動力電池的充放電涉及化學能與電能的相互轉化。電池許用充放電功率允許跟電池電量SOC和電芯溫度有關。當SOC較高時，需要限制充電電流或暫停能量回收，以避免過充。此外，在低溫環境下，電池能量轉化效率較差，減慢了鋰離子的移動速度，降低了電池的存儲能力。因此，低溫也會影響電池的許用充電功率。

1.2 電機工作能力的影響

電機的功率和扭矩直接影響能量回收的效率。電機的額定功率越大，發電能力就越強，可提供制動轉矩也就越大，從而能更有效地將動能轉化為電能。高溫環境會導致電機內部溫度升高，增加電阻損耗，降低工作效率，當電機IGBT或繞組溫度過高時，會限制電機的工作能力。因此要合理進行電機熱管理控制，確保電機本體和電機控制器都能在合適的溫度范圍內工作，以免電機或控制器的溫度過高導致回收能力下降。

1.3混動系統架構的影響

不同混合動力構型的新能源汽車，制動能量回收的策略會有所差異。對于增程形式的混動汽車以及單擋P13串并聯形式的混動汽車，均使用單驅動電機進行回收；對于P134結構以及 P2+P4 結構的多驅動電機的混動汽車，可以使用前后雙電機回收策略，也可以選用單電機的回收策略。一般通過駕駛模式及電機能力狀態綜合確認。對于驅動電機有多個擋位的混動構型汽車，能量回收策略要綜合考慮不同擋位的回收效率、NVH、駕駛性、模式切換控制合理性等多維度因素。

1.4控制策略與行駛工況的影響

能量回收控制策略是電動汽車能量回收的決定性因素，是整車控制的核心功能之一。控制策略會規定車輛在不同行駛工況、電機運行狀況、電池狀態等情況下能量回收的時機和強度，其作用是在確保汽車行駛安全性和穩定性的前提下，在車輛滑行工況時，利用電機再生制動實現適當的減速效果；在車輛制動工況時，合理分配前后輪摩擦制動力和電機再生制動力，確定電機再生制動轉矩的實時變化情況。

行車工況主要包括是否有ACC、AEB、ESC等底盤域和智駕域功能的介人。在主機廠和供應商能力匹配的基礎上，這些功能介入時的功能匹配以及聯合調試往往需要更強大的傳感器、控制器和軟件算法的支持，會增加車輛的初始購買價格和研發制造成本。本文采用的控制策略在ACC、AEB、ESC等高階功能介人時，禁止能量回收，在保障安全的同時縮短研發周期，降低生產成本。

2 能量回收控制策略

能量回收控制策略主要包括：滑行能量回收、制動能量回收和二者的切換控制。

2.1滑行能量回收策略

滑行能量回收控制策略的關鍵在于減速的制動力全部由電機的再生制動提供。在駕駛員未踩制動踏板的滑行減速工況下，電動汽車通過驅動電機的制動扭矩產生滑行減速，將動能轉化為電能并儲存于高壓電池中。

滑行能量回收控制基于駕駛舒適性及經濟性設計滑行能量回收等級及整車減速度曲線，依據整車減速度曲線、滑行阻力系數及車輛相關參數計算整車需求滑行能量回收輪端扭矩。滑行能量回收通常分為標準模式和增強模式兩個等級。

2.2 制動能量回收策略

制動能量回收為駕駛員踩制動踏板減速行駛工況下的能量回收策略。整車控制器VCU將最大制動回收能力發給線控制動系統（Wire-controlledBrakeSystem，WCBS），WCBS向VCU請求制動扭矩，VCU負責響應制動扭矩，VCU將實際制動發給WCBS，由WCBS分配四輪電制動力及液壓制動力。

制動能量回收策略的關鍵在于電機始終能提供其所能提供的最大再生制動力。考慮路面附著情況，當制動強度小于路面附著系數時，如果電機最大再生制動力大于驅動輪所允許的最大制動力，無論是從防止驅動輪抱死還是保證制動效能的前提出發，都應該限制再生制動力為驅動輪所允許的最大制動力，此時驅動輪無需摩擦制動力，從而能實現最大能力的回收效果。

2.3滑行與制動回收切換策略

2.3.1 制動轉滑行

松制動踏板后，WCBS會控制目標制動扭矩按照一定斜率過渡至滑行回收扭矩，若制動期間存在液壓制動，會同步控制液壓制動按比例下降。

2.3.2 滑行轉制動

滑行過程踩制動時，WCBS將在滑行制動減速度基礎上疊加執行制動減速度，期間WCBS負責電制動與液壓制動之間的轉換。

2.3.3 滑行回收與制動回收的轉換工況

VCU依據制動回收扭矩與滑行目標扭矩請求電機扭矩，同時負責制動與滑行轉換過程中滑行能量回收與制動能量回收扭矩協調，具體包括：踩制動時，按需求處理滑行扭矩；松制動時，按需求響應滑行扭矩要求。

1VCU需要基于電池可充電功率、電量以及部件保護要求，合理預估動力總成再生能力，計算制動回饋扭矩限值發給WCBS。

2）WCBS需要基于駕駛員的制動踏板行程，判斷駕駛員期望的制動力。

3）WCBS的制動力來源于兩部分：動力系統可執行的電制動扭矩以及機械液壓系統可執行的液壓制動力。

4）WCBS需要駕駛員期望的制動力與動力總成再生能力的比較，滑行過程踩制動，當動力總成再生能力大于駕駛員期望的制動力時，將制動力全部分配給VCU執行電制動扭矩，如圖2所示。

圖2動力總成再生能力滿足制動要求分配