纯电动汽车制动能量回收率的影响因素分析

张瑞军

（九江职业技术学院 汽车工程学院，江西 九江 332007）

随着科技的进步和经济的发展，交通运输工具的尾气排放逐渐成为影响环境污染的一个关键因素，节能减排技术日益得到大众的重视[1]，汽车再生制动技术能够很好地降低尾气排放，极大地减少尾气对于环境的污染，逐渐成为国内外学者研究的焦点。

1 汽车再生制动系统的基本结构及原理

再生制动系统又称制动能量回收系统[2]，其核心部件之一是既可以作为电动机又可以作为发电机的电机，再生制动系统结构如图1所示。

从图1中可以看出，电机/发电机接收电机ECU的控制信号，与变速器相连，实现变速器变速变矩的功能；制动系统ECU是再生制动系统的核心部件，通过接收轮速传感器、档位传感器、制动踏板单元等传递过来的信号，计算出驾驶员所需要的制动强度和制动力，然后根据变速箱挡位信号、轮速信号、电机功率信号以及电池充电功率信号灯，与事先设定的控制策略进行对比，决定前后轮制动力的大小和再生制动力。

图1 再生制动系统结构

电机ECU接收制动系统ECU传递过来的信号，按照信号指令，控制电机输出的电流大小来控制输出的再生制动力矩，再生制动力矩与摩擦制动力协调配合，以满足驾驶员所需求的制动力大小。

2 电动汽车制动能量回收的评价指标

当前还没有统一的评价标准来评价纯电动汽车制动能量回收的好坏。文献[3]提出根据有无制动能量回收时的耗电量的比值作为评价电动汽车能量回收好坏的评价指标，建立了整车耗电量与工况、整车参数、部件效率以及制动能量回收比例之间的函数关系，通过求解基于工况的特征权值，研究不同车型在各工况中的节能潜力，但是整车节能度这个评价方法复杂，实际运用评价难度较大，很难实现；文献[4]提出把电动汽车中电机回收的能量与总制动能量的比值，即电动汽车制动能量回收率作为评价指标，开发出了一种新的道路测试系统，重点研究不同控制策略下的车辆经济性，该评价指标能够明确地评价制动能量回收的好坏，同时评价指标的数学表达式也比较简单，容易表达。

这里我们采用文献[4]提出的评价方法，建立数学表达式，用电动汽车制动能量回收率来评价电动汽车制动能量回收的好坏。

其中：Pbat为蓄电池充电功率，Pmot为电机发电功率，ɳmot为电机发电效率，ɳbat为蓄电池充电效率，E1为制动过程中的总能量，ɳ为制动能量回收率。

3 影响纯电动汽车制动能量回收的因素分析

根据前面提出的电动汽车制动能量回收率的计算公式，可以得到影响纯电动汽车制动能量回收率的因素有以下几个方面。

3.1 电池因素

电池对于纯电动汽车制动能量回收率的影响非常大，电池的SOC值作为是否需要对制动能量进行回收的评价指标。当电池的SOC值很高时，表明蓄电池电量已经接近饱和状态，此时即使处于制动状态，但是为了保护蓄电池的安全，防止蓄电池过量充电，电机不能处于发电状态，也不能进行制动能量回收。并且，电机的发电能力还受到电池充电能力的影响。一般来说，电池的充电功率越大，吸收电机发出的电能的能力就越强。但是普通电动汽车电池的充电功率需要受到成本、安放位置的影响，不可能做得过大，因此受电池充电功率的影响，限制了电机的允许发电功率，影响制动能量的回收效果。

3.2 电机因素

电机是电动汽车的核心部件之一，电机的发电功率越大，电池的充电功率越大，回收的能量也就越多。但是电机的发电功率也受到成本、技术、尺寸的限制，不可能一味地增大，因此，电机能够提供的再生制动力矩是很有限的，当驾驶员需要的制动力矩很大时，仅仅依靠电机的再生制动力矩无法满足制动需求，往往需要通过与摩擦制动协调配合，才能达到必要的制动力矩。

3.3 行驶工况

行驶工况也是影响电动汽车能量回收效率好坏的关键因素之一。行驶工况不同，汽车制动的频率就不一样。在高速公路行驶工况下，行驶车辆状况单一、道路通畅，汽车可以以较高速度长时间行驶，制动频率相对较低，可以回收的制动能量就较少。而在城市行驶工况中，道路、车况相对比较复杂，需要频繁起步与踩刹车，可以回收的制动能量相对比较多。

4 纯电动汽车制动能量回收率的影响分析

本研究主要运用advisor软件讨论电机功率、行驶工况对纯电动汽车制动能量回收率的影响。advisor纯电动汽车的输入模型如图2所示[5]。

图2 advisor纯电动汽车输入界面

在advisor软件中，mc_pwr_in_r为电机发电功率；mot_as_gen_eff为电机发电效率；eta_ess_chg为蓄电池充电效率。通过对不同的设定参数输入到advisor软件中，得到电机功率为75 kW和90 kW的制动能量回收率仿真结果，在Matlab中输入相关表达式对两者相减，即得到图3的仿真结果；图4为不同的行驶工况对制动能量回收率的影响。

图3 75 kW与90 kW两种电机的制动能量回收率的差值

图4 UDDS和ECE_UDC工况的制动能量回收率的对比

5 结语

本研究分析了传动装置效率，电机功率，蓄电池功率以及行驶工况对纯电动汽车制动能量回收率的影响，根据仿真分析结果可以看出：（1）传动装置效率，电机功率，蓄电池功率以及行驶工况等都是影响汽车制动能量回收率的关键因素。当考虑提高纯电动汽车制动能量回收率时，需要具体考虑上述因素的影响。（2）行驶工况对汽车制动能量回收率有很大的影响，根据仿真分析结果可以看出，ECE_UDC工况比UDDC工况制动能量回收率高。