电动汽车制动能量回收策略研究.pdf

汽车论坛152汽车测试报告电动汽车制动能量回收策略研究杨冬根1 高洋洋2 刘志军1（1.江西工业工程职业技术学院 江西 萍乡 337000；2.江西机电职业技术学院 江西 南昌 330000）摘要：随着电动汽车的快速发展，如何延长其续航里程成为重要研究课题。电动汽车在制动时可以回收动能并将其转换为电能进行储存和再利用，这可以促进综合能效的提升。该文在分析电动汽车制动能量回收策略的基础上，探讨电动汽车制动能量回收策略研究过程中存在的问题，并提出电动汽车制动能量回收策略优化方法，以更好地促进电动汽车的能量管理与节能控制，助力电动汽车行业的可持续发展。关键词：电动汽车；制动能量回收策略；能量管理注：本文系 2021 年江西省教育厅科学技术研究项目“电动汽车制动能量回收策略设计及试验研究”（GJJ217010）阶段性研究成果。作者简介：杨冬根，江西工业工程职业技术学院讲师，研究方向为电动汽车动力驱动和能量管理；高洋洋，江西机电职业技术学院助教，研究方向为汽车零部件设计与优化；刘志军，江西工业工程职业技术学院助教，研究方向为智能控制。随着电动汽车的快速发展，续航里程成为制约其推广应用的关键因素。同时，电动汽车在制动减速时会产生大量动能，如果这部分动能能够得到有效回收和利用，对延长电池续航里程具有非常重要的意义。因此，电动汽车制动能量回收是一个值得深入研究的问题1。在应用电动汽车制动能量回收技术时，需要电动汽车制动能量管理与控制策略的支撑，建立电动汽车动力学模型，分析制动过程中的能量变化规律，从而找出提高制动能量回收效率的方法2。此外，要对不同的制动能量存储及重复利用策略进行比较，充分考虑车辆工况的复杂性，以找到最优能量回收策略，实现对电动汽车制动全过程的智能化控制，推动电动汽车关键技术的创新。1 电动汽车制动能量回收策略研究现状随着新能源汽车保有量的不断增加，电动汽车制动能量回收技术以能实现车辆运行过程中制动能量的再生利用，从而强化能量利用效率的优势深受研究机构和企业的重视。目前，我国相关单位已经在电动汽车制动能量回收策略理论研究和试验验证方面取得一定成果3。在理论研究方面，学术机构利用集群计算等手段，建立了考虑车速、路面条件、驾驶习惯等多因素的动力学模型，旨在实现不同场景下制动能量的最优分配；在试验验证方面，部分高校和企业结合具体车型，在试验平台和试验车上开展了驾驶员行为模拟和实际驾驶条件下的回收效率测试，结果表明控制策略可提升能量回收率。尽管在控制算法和系统集成等方面仍需加强，但电动汽车制动能量回收作为与乘用车性能和续航里程高度相关的节能技术，在我国电动汽车技术研究与发展中占据重要地位。2 电动汽车制动能量回收策略研究中存在问题电动汽车制动能量回收策略涉及各个系统的配合，在其协作过程中会产生各种各样的问题，比如制动能量回收效率有限、直充过程效率损耗大、混合制动策略控制复杂4。2.1制动能量回收效率有限第一，电机发电效率较低。在电动汽车制动能量回收过程中，牵引电机需要反方向运转来发电。然而，目前常见的异步电机和同步电机在发电效率方面存在一些不足，一般只能达到 60%左右。这导致在电机的发电过程中，一定比例的制动能量会产生损耗和浪费。第二，电路拓扑结构存在局限性。现有的电动汽车主要采用电机与电池串联连接的结构，此种结构并没有充分考虑发电特点，对电池充电的效率并不高。因此，如何研发更优的电路拓扑结构，提升电机制动发电效率，是急需解决的一个问题。汽车论坛1532023.7第三，系统匹配度不高。电动汽车的电源、电机、控制器、能量存储系统等的匹配程度会对能量转化和效率传递造成影响。电动汽车系统内部各元器件的匹配度如果不高，则会导致转化过程中的能量损耗加大。2.2直充过程效率损耗大电动汽车制动能量回收策略研究中存在一个重要问题，即直充过程中效率损耗较大。第一，直充过程出现效率损耗的主要原因之一是能量转化过程中的热损耗。在制动能量回收过程中，制动能量首先转化为电能，然后通过充电系统将电能存储到蓄电池中。然而，能量转化过程中会不可避免地产生热量，导致能量损失。这是因为电能在转化过程中会产生电阻、电磁感应和磁滞等损耗，这些损耗会以热能的形式散失，特别是在高功率充电过程中，电池和充电系统会因为高温而损失能量，从而降低能量转化效率5-6。第二，电动汽车充电系统的设计和质量也会影响直充过程的效率损耗。电动汽车充电系统包括充电器、充电线路和充电接口等部分，如果充电系统的设计不合理或者存在质量问题，会导致能量转化效率降低。例如，充电器的能量转化效率低、充电线路电阻大或者充电接口接触不良等问题，都会造成能量损失和热损耗增加。第三，电池的特性和状态对直充过程的效率损耗有重要影响。电动汽车电池在充电过程中会出现内部电阻增大、电压损失等问题，从而会产生热量，并引发能量转化损耗。此外，电池的充电状态也会影响直充过程的效率。当电池的充电量接近满电状态时，由于充电速率减小和充电效率降低，直充过程中的能量损失会更为明显。2.3混合制动策略控制复杂混合制动控制综合了各种制动方式的优势，但其算法的复杂性较强，这也是制动能量回收策略研究面临的难题之一。第一，制动力分配策略难以确定。混合制动要在机械制动和电能回收制动之间实现优化的制动力分配，需要考虑各种复杂因素，如车辆速度、电池SOC、电机转速状态等。同时，不同工况下经过优化的制动力分配策略不相同，因此要想结合各工况特点制定动态变化的最优制动力分配策略难度较大。第二，制动控制系统参数难以协调与优化。混合制动系统集成了机械制动控制系统、电能回收控制系统、防抱死制动系统等，涉及大量控制参数，比如制动踏板特征、制动力控制参数、电机交流频率、电阻扭矩控制参数等。如何协调与优化这些庞大的参数组合，实现对制动控制系统的协调控制，是个较大的难题。第三，复杂控制算法难以设计。混合制动控制算法需要在确保制动安全性和稳定性的前提下，实现对电能回收效率和电池充电效果的优化，而且要兼顾车辆的综合经济性、操纵舒适性等因素。在各方面因素影响下，如何开展复杂控制算法设计是优化控制策略的一个难点。3 电动汽车制动能量回收策略优化方法目前，电动汽车制动能量回收过程中仍存在各方面的问题。只有对这些问题进行进一步的解决，才能促进电动汽车制动能量回收策略的不断完善。具体而言，可从 3 个方面对电动汽车制动能量回收策略进行优化。3.1制动力控制优化电动汽车制动安全性和能量回收效率在很大程度上依赖制动力控制的优化。因此，需要建立准确的制动力学模型，开发智能的制动力分配与自适应控制策略，以获得更好的制动性能。第一，建立精确的制动力学模型。制动力受到很多因素的影响，比如车速、道路附着系数、制动方式等，需要建立精确的制动力学模型，以准确描述制动力和车速的关系。同时，此模型应涵盖各种路面情况，从而更好地指导制动力控制策略的制定。第二，优化制动力分配控制算法。在由电阻制动和摩擦制动组成的混合制动系统中，需要根据电池 SOC 状态、车速等实时条件，为电机电阻制动和液压制动分配不同的制动力，使整个制动过程平稳、制动距离最短，既能保证行驶安全性，又能提高能量回收效率。此外，针对不同路面条件，要对制动力分配策略进行优化。第三，增强制动力控制的自适应性。由于车辆运行条件非常复杂，所以无法仅依靠固定控制策略来适应各种情况。对此，可在制动力控制中加入自适应控制、模糊控制等方法，使制动控制系统能够根据实时路面、车速等条件自动调整和优化制动力，实现对复杂条件的自适应控制。3.2能量管理系统优化在优化电动汽车制动能量回收策略的过程中，能量管理系统发挥关键作用。第一，对能量流动进行监测和控制可以实现对汽车论坛154汽车测试报告制动能量回收过程的精确管理。其中，能量管理系统可以实时采集和分析电动汽车的能量流动数据，包括制动能量的产生、存储和利用情况。基于这些数据，控制系统可以根据车辆的实时工况和需求调整制动能量回收的时机和释放策略，而在车辆行驶过程中，根据电池状态和路况等因素，合理释放存储的能量，以满足车辆的动力需求。通过精确的能量流动监测和控制，能够实现能量的高效回收和利用，提高电动汽车的能源利用效率。第二，可基于智能算法优化能量管理系统。智能算法，比如遗传算法、模糊控制算法和神经网络算法等，可以根据车辆的实时状态和环境信息，自动调整能量管理系统的参数，从而达到最优的能量管理效果。例如，通过分析历史数据和实时传感器信息，智能算法可以预测车辆的行驶路线和驾驶习惯，并根据预测结果优化能量管理策略。智能算法还可以根据不同的驾驶模式和路况，自动调整制动能量回收的力度和时机，以达到最佳的能量回收效果。第三，实现制动系统与能量管理系统的协同优化。制动系统的设计和优化对能量回收效率有直接的影响，而能量管理系统负责控制和管理制动能量的流动和利用。因此，二者之间的协同优化是提高能量管理系统效率的关键。可以通过设计新型制动系统和智能化的能量管理算法实现协同优化，并且在制动系统设计中要注重提高制动能量的回收效率，减少能量转化的损耗。同时，要使能量管理系统能够根据制动系统的特性和状态，智能调整能量的流动和利用策略。3.3制动系统设计与优化电动汽车制动系统设计与优化是一个复杂的系统工程，需要汽车工程、电力电子、控制算法等多个领域的紧密配合，以达到提高电能回收效率、延长续航里程的目的。具体而言，可以从3个方面入手。第一，优化电机本体的结构设计。在电动汽车的复合制动系统中，电机既要具有驱动车辆的牵引功能，也要在制动时实现高效的能量回收功能。因此，在电机的结构设计中，应充分考虑这两种工作模式的差异，对电机结构进行优化，采用多极磁路、分数槽绕组等，以提高电机的发电效率。第二，改进电路的拓扑结构。电动汽车的电路结构在驱动模式和制动模式下存在不同的特点。因此，应在保证驱动效率的前提下，探讨在制动回充模式下提高电路效能的路径，从而降低电能转化过程中的损耗，提升制动时的电能回收效果。第三，优化制动系统的配置与控制策略。需要从系统层面优化电源系统、电机、能量存储系统等的配置，提高各系统的匹配度，减少组件间的连接损耗。同时，要针对复合制动过程的特点，研究更加精准、高效的控制策略，在保证制动安全的前提下，最大限度地提高能量回收效率。4 结束语制定合理的制动能量回收策略，可在一定程度上延长电动汽车续航里程。目前，电动汽车制动能量回收技术在回收效率、系统匹配性、控制策略等方面还存在一些问题，为了进一步提高电动汽车的综合效率与经济性，对电动汽车制动能量回收策略研究过程中存在的问题做了相关分析并提出优化方法，以进一步强化电动汽车制动能量回收策略的应用效果。随着多学科交叉融合的研究与创新，电动汽车制动能量回收技术必将取得新的进展，从而延长电动汽车的续航里程，提升其节油性能，加速电动汽车的规模化应用和普及。参考文献：1 郑培森.试分析纯电动汽车制动能量回收控制策略优化 J .时代汽车,2 0 2 2(3):1 1 3-1 1 5.2 常九健,张煜帆.基于E M B 的纯电动汽车制动能量回收优化控制策略研究 J .汽车工程,2 0 2 2(1):6 4-7 2.3 张民安,储江伟,李春雷.结合遗传算法的四轮毂电机电动汽车制动能量回收控制策略 J .重庆理工大学学报(自然科学),2 0 2 1(1 0):7 7-8 4.4 王若飞,郭广曾,王世良.纯电动汽车制动能量回收控制策略及仿真分析 J .时代汽车,2 0 2 1(6):8 7-8 8,1 0 5.5 叶明,李思,代均,等.搭载机电控制 C V T 纯电动汽车制动能量回收工况下调速策略对驾驶性影响研究 J .机械传动,2 0 1 8(9):2 3-2 9,3 5.6 季明达,臧驰,于亚丽.转毂上驱动形式和滑行方法对电动汽车续航能耗的影响 J .汽车测试报告,2 0 2 3(1):1 4 6-1 4 8.