纯电动汽车能量回收控制策略解析
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更新时间: 2023/06/13

能量回收过程中是一个机械能转化为电能的过程,纯电动汽车在减速或制动时,电动机停止动力供应,不过此时,车轮的惯性转动还会带动转子转动而产生电能,即电机正转负扭发电,最后通过电机控制器和高压配电系统将该电能存储在动力电池组。纯电动汽车能量回收控制策略是通过VCU控制实现,即根据整车状态,主要通过两种方式实现,一是通过滑行进行能量回收,即为滑行能量回收;二是通过制动进行能量回收,即为制动能量回收。两者区分的唯一标准就是是否踩制动踏板,通过踩制动踏板实现能量回收的就是制动能量回收,仅依靠丢油门实现能量回收则叫做滑行能量回收。

滑行能量回收控制策略


纯电动汽车在整车行驶过程中,在制动踏板和加速踏板均未踩下的状态下,将执行滑行能量回收,回馈大小与车速有关。


车辆进入滑行能量回收模式需要同时满足以下条件:


1、整车处于Ready状态,变速挡位应处在前进挡(D挡或S挡);且油门踏板状态和制动踏板状态均为未踩下;ABS应处于无故障状态且没有被激活状态;


2、整车处在行驶过程状态,且驱动电机转速应大于标定的转速(根据控制策略要求可标定不同的转速);


3、动力电池的SOC值在合理范围内,一般情况下SOC标定值应小于95%,也有的纯电动车SOC值在90%以下;

4、故障诊断未发出电池允许回馈电流置零、电机回馈扭矩置零以上的故障级别;

5、回馈功率取动力电池和驱动电机允许回馈的小值。


同时满足上述条件时,整车进入滑行能量回收。滑行能量回收的强度和滑行回馈力矩设置有关,滑行回馈力矩由驱动电机提供。根据驱动电机外特性,驱动电机特性导致整车在低速情况下对应的扭矩都是很大的,如果只考虑驱动电机外特性的话无论是制动能量回馈还是滑动能量回馈整车状态均会出现抖动,越是低速抖动的越是厉害,因此这就需要对回馈扭矩进行实车标定。常规的纯电动汽车,一般可以实现ECO经济模式和NORMAL标准模式,在不同车速下,两种模式下滑行回馈的力矩也会有所差异。如某微型纯电动汽车的滑行回馈力矩设置见下表。

在NORMAL标准模式下,不同的车速(10km/h~100km/h),对应的标定的滑行回馈力矩表见下:


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在ECO经济模式下,不同的车速(10km/h~100km/h),对应的标定的滑行回馈力矩对应表见下:


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标定不同车速下基于电机外特性下的回馈扭矩,既要保证能量回馈最有效,又要保证滑行距离不能太短,还要有一定的制动效果;根据电机转速-扭矩特性MAP图,在低速段电机扭矩较大,即回馈能力强;在高速段电机的扭矩较小,即回馈能力较弱;不过,由于电机系统特性影响,也不能太多的增大电机制动扭矩。生成的原始滑行回馈力矩需要受到限制,不能超过整车系统能力,因此该力矩要与系统能力估计回馈力矩最大值取小值,实现滑行回馈力矩保护,以保证整车安全。

滑行能量回收状态下,整车系统能够承受的最大回馈扭矩为整车系统能力估计回馈力矩,可以通过以下方式获得:一是通过电机控制器和CAN总线实时反馈的最大回馈能力信号得到。二是电池当前状态下能够承受的回馈扭矩,该扭矩根据BMS通过CAN实时反馈的最大充电功率(30S)及当前车速计算得出。三是通过整车故障状态,根据VCU状态,BMS和MCU发出的故障状态,判断最终的整车故障状态,当整个故障状态为2级时,该限值乘以50%,当整车故障大于2级时,该限值为0,表示不进行回馈。

车辆退出滑行能量回收功能只要满足以下任一条件即可退出滑行能量回收:
1、整车处于非Ready状态;

2、变速挡位应处在空挡(N 挡)或倒挡(R挡);

3、驱动电机转速应小于某一标定的转速,不同车型对应不同转速;

4、加速踏板为踩下状态;

5、制动踏板为踩下状态;

6、ABS处于有故障状态或被激活状态。

7、动力电池的SOC值大于某一标定值,SOC值一般设置在95%及以上;

8、故障诊断发出电池允许回馈电流置零、电机回馈扭矩置零以上的故障级别。

制动能量回收控制策略


纯电动汽车在整车行驶过程中,松开加速踏板,踩下制动踏板,将执行制动能量回收。

车辆进入制动能量回收模式需要同时满足以下条件:

1、整车处于Ready状态;驱动电机转速应大于某一标定的转速;变速挡位应处在前进挡(D挡或S挡);

2、加速踏板状态处于未踩下状态;制动踏板处于被踩下状态;ABS 应处于无故障状态且没有被激活;

3、动力电池的SOC值在合理范围内,SOC值应小于某一标定值,SOC值一般设置在95%以下;

4、故障诊断未发出电池允许回馈电流置零、电机扭矩置零以上的故障级别;

5、回馈功率取电池和电机允许回馈的小值。

纯电动汽车采用解耦再生制动系统,制动踏板深度和机械制动力是解耦的,制动过程中可以自由分配机械制动力和电机制动力,尽可能地利用电机的制动力矩,当电机的制动力矩不足时,再让机械制动系统介入,实现能量回收的最大化。常规的纯电动汽车,一般可以实现ECO经济模式和NORMAL标准模式,在不同车速下,两种模式下制动回馈的力矩也会有所差异。如某微型纯电动汽车的制动回馈力矩设置见下表。

在NORMAL标准模式下,不同的车速(0km/h~100km/h),根据制动踏板开度,对应的标定的制动回馈力矩表见下:


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在ECO经济模式下车速,不同的车速(0km/h~100km/h),根据制动踏板开度,对应的标定的制动回馈力矩表见下:

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生成的原始制动回馈力矩需要受到限制,不能超过整车系统能力,因此该力矩要与系统能力估计回馈力矩最大值取小,实现制动回馈力矩保护,以保证整车安全。制动能量回收状态下,整车系统能够承受的最大回馈扭矩为整车系统能力估计回馈力矩,可以通过以下方式获得:一是可通过电机控制器通过 CAN 总线实时反馈的最大回馈能力信号得到。二是电池当前状态下能够承受的回馈扭矩,该扭矩根据 BMS 通过 CAN 实时反馈的最大充电功率及当前车速计算得出。三是通过整车故障状态,根据 VCU 状态,BMS和MCU发出的故障状态,判断最终的整车故障状态,当整个故障状态为 2 级时,该限值乘以 50%,当整车故障大于 2 级时,该限值为 0,表示不进行回馈。

车辆退出制动能量回收功能只要满足以下任一条件即可退出制动能量回收:
1、整车处于非Ready状态;

2、变速挡位应处在空挡(N 挡)或倒挡(R挡);

3、驱动电机转速应小于某一标定的转速,不同车型对应不同转速;

4、加速踏板状态为踩下状态;

5、制动踏板状态被松开状态;

6、ABS 应处于有故障状态或被激活状态;

7、动力电池的SOC值大于100%;

8、故障诊断发出电池允许回馈电流置零、电机扭矩置零以上的故障级别;

纯电动汽车通过能量回收模式,可有效回收车辆滑行和制动时的动能,使车辆续驶里程增加10%~30%。