对电动汽车进行制动能量回收是目前条件下提高能量利用率,增加汽车行驶里程的有效手段。但是从汽车的安全性角度考虑,需要传统的机械摩擦制动作为补充,保证整车的制动性能良好。也就是说,电动汽车的整车制动是机械制动与电机再生制动协同工作的过程。
(1)制动模式
根据电动汽车的行驶特点,将制动或减速可分为以下5种工况:
1)紧急制动,此时制动减速度往往大于3m/s2,某些情况下,甚至能达到8m/s2。为了保证制动安全性,此时以传统的机械摩擦制动为主,再生制动为辅,这种紧急制动过程非常短,能够回收的动能比较少。
2)中度制动,即一般制动,指制动减速度小于3m/s2,且大于滑行减速。此工况可以分为减速过程与停车过程两部分,再生制动系统负责减速过程,机械制动完成停车过程。
3)汽车下坡时的制动,此时制动力很小,能量回收系统负责全制动过程。
4)滑行减速,是指汽车切断动力后依靠惯性滑行的减速模式,其制动减速度就是滑行减速度,该过程中消耗的能量无法回收利用。
5)缓慢减速过程,是指汽车以小于滑行减速度的减速度缓慢减速的运行情况,此时仍然需要动力装置输出少量的动力,该过程中消耗的能量也无法回收利用。
汽车制动或减速时,只有在2)、3)、4)三种工况下可以较多地回收整车的能量。
因此,为了提高制动过程中电动汽车的能量回收利用率,在制动过程中应尽可能地让电机再生制动力发挥作用,在保证汽车制动安全性的条件下,尽量回收所有除空气阻力和滚动阻力以外的能量。若采用四轮驱动的形式,与采用单轴驱动的车辆相比,将大大提高能量回收的潜力。
(2)制动能量回收的约束条件
在制动过程中,希望能够通过再生制动的形式最大限度地回收制动能量,但是在实际的制动过程中,可回收的制动能量的多少受多个因素的制约。
1)驱动轮限制。只有驱动轮上由能量回收系统负责的那一部分制动能量可以进行回收。采用四车轮同时驱动,可以较好地实现制动能量的回收。(www.xing528.com)
2)受电池状态SOC值的限制。若制动时蓄电池的SOC值很高,为保护蓄电池并延长电池使用寿命,不得进行制动能量回收。
3)受到电池充电功率的限制。当回收功率超过电池当时最大充电功率时,电池不能回收制动能量。
4)电机发电能力的限制。电机再生制动产生的最大制动转矩不可能超过当时转速和功率下电机的发电能力。当制动强度大时,电机再生制动往往不能满足制动要求。
5)受地面附着能力的限制。需合理地分配整车前、后轮制动力,以保证整车的制动稳定性。因此,如何协调控制电机再生制动力和摩擦制动力之间,整车前、后轮制动力之间的比例关系,是制动能量回收系统的关键,也是能量回收控制策略的主要内容。
(3)制动能量回收的实现过程
1)在制动开始时,能量管理系统将动力电池SOC值发送给制动控制器,当SOC>O.8时,取消能量回收;当0.7<SOC<0.8时,制动能量回收受到电池允许的最大充电电流制约;当SOC<0.7时,制动能量回收不受电池允许的最大充电电流制约。
2)制动控制器接收由压力变送器传送的主缸压力信号,并计算出需求的电机再生制动强度上限。
3)制动控制器根据电动机转速计算电机实际能够提供的制动强度。
4)比较电机再生制动强度上限和电机实际能够提供的制动强度,并将结果作为电信号发送给电机控制器。
5)此时的电机工作在发电机状态下,可以提供电压恒定的电流,再通过逆变器限制电机产生的最高电压和对电压进行升压,以便满足电流输出要求,向动力电池组充电。
6)为了保护电池,能量管理系统需要随时检测电池温度,当温度过高则停止制动能量回收。
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