CN103818264B - 电动汽车再生制动***及其能量回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车再生制动***及其能量回收方法,属于电动汽车技术领域。包括整车控制装置、液压制动装置和再生制动装置,整车控制器接收各传感器所传送的信号,进入再生制动模式,整车控制器计算出总需求制动力,并确定制动动力来源,液压控制单元和电机控制器进行再生制动,回收能量。本发明技术方案综合考虑电机电池特性,实现复合制动力矩的合理分配,在保证电动汽车制动安全稳定性的同时,高效率的回收制动能量。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车再生制动***及其能量回收方法,属于电动汽车技术领域。
背景技术
在能源短缺和空气污染越来越严重的今天,率先发展电动汽车正逐步成为人们的共识。与传统车辆相比,电动汽车有一个绝对优势,可以回收再利用一部分制动能量,实现再生制动,延长电动汽车续驶里程,提高能量利用效率,节约能源。
电动汽车的再生制动力一般没有传统车辆的制动***提供的制动力矩大,因此电动汽车虽然设置了电机制动***,但同时也保留了传统的液压制动***。这样,具有再生制动功能的电动汽车上便同时有了电机制动***和液压制动***,形成电液复合再生制动***。与传统制动***相比,复合制动***在满足驾驭员对制动力需求的前提下,应尽可能多的回收制动能量,并且具有较好的制动稳定性和舒适性。为此,需要根据不同制动工况下的功能需求,充分考虑电机电池特性,确定复合制动过程中制动力的合理分配方法,采用适当的控制策略提高制动能量的回收率。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种电动汽车再生制动***,并进行能量回收利用控制策略,综合考虑电机电池特性,实现复合制动力矩的合理分配,在保证电动汽车制动安全稳定性的同时,高效率的回收制动能量。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是当电动汽车发生制动时,根据制动踏板位移传感器传递的踏板行程信号判定制动强度,通过电池管理***得到电池SOC、电压和电流信息,综合选择制动模式;由整车控制器计算出制动所需求的总制动力,并根据给定的制动控制策略对液压制动力和电机制动力进行合理分配;液压控制单元对车轮制动器进行控制以调节前后轮摩擦制动力的大小,电机控制器计算电机电枢中需要的制动电流,从而较准确的提供需求的再生制动力矩;在电机电枢中产生的电流经过双向DC/DC变换器充入电池中保存起来,实现制动能量的回收。
所述的制动模式包括再生制动模式、常规液压制动模式以及非制动状态模式三种模式,其中,再生制动模式又分为纯再生制动模式、中等复合制动模式和高级复合制动模式。
所述的液压制动装置包括主缸、液压控制单元和车轮制动器,主缸与电动汽车的制动踏板相连接。
所述的电机为永磁同步电机或者交流异步电机。
所述的整车控制器、电机控制器以及电池管理***通过CAN总线进行信息交互,整车控制器负责整个动力***的控制与协调。
所述制动***采用前驱电机作为再生制动控制装置中的制动功能电机,来自地面的制动力经车轮、变器机构等作用于电机转子上,通过拖动电机转子旋转产生感应电流,汽车的机械能转变成电机中的电能。
所述的双向DC/DC变换器用于调节电机发电与电池充电之间的电压匹配关系,使最终回收到电池中的能量达到最大。该双向DC/DC变换器由DC/DC控制器控制,整车控制器根据电池管理***的信号输出目标电压值,并向DC/DC控制器发出指令,由DC/DC控制器控制双向DC/DC变换器的工作模式,进而控制进入电池的电流量。而DC/DC控制器包括升压模块和降压模块,当电机的发电电压较高,而此时电池的电压较低时,DC/DC控制器的降压模块工作,电机的输出电压经降压后充入到电池;当电机发电电压较低,电池电压较高时,DC/DC控制器的升压模块工作,将电机的发电电压升高后充入电池中。
所述制动***在制动过程中,根据轮速传感器和车速传感器信息控制制动的稳定性,实现对制动模式合理切换的控制。
与现有技术相比,本发明以电液复合制动的相互配合为依据,综合考虑电机电池特性,合理选择制动模式,通过再生制动力以及前后轮液压制动力的协调控制,最大化回收制动能量。制动过程中通过实时信息的监控,实现对制动过程稳定性的控制,保证制动安全。
附图说明
图1是本发明电动汽车再生制动控制***的结构示意图;
图2是本发明再生制动***DC/DC变换器的控制示意图;
图3是本发明再生制动***能量回收方法的流程图;
图4是本发明能量回收控制方法的再生制动模式切换图;
图5是本发明能量回收控制方法的再生制动力分配策略示意图。
图中标号:1、车轮;2、车轮制动器;3、液压控制单元;4、主缸;5、制动踏板;6、位移传感器;7、电池管理***;8、电池;9、压力传感器;10、轮速传感器;11、后轴;12、车速传感器;13、双向DC/DC变换器;14、DC/DC控制器;15、整车控制器;16、电机控制器;17、电机;18、变速机构;19、驱动轴;20、逆变器;21、升压模块;22、降压模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述:如图1所示,本发明电动汽车再生制动***包括整车控制装置及与其相连接的液压制动装置和再生制动装置。其中整车控制装置作为整车驱动控制以及状态检测的核心装置,包括有整车控制器15,与制动踏板5连接的位移传感器6,设置在每个车轮1处的压力传感器9和轮速传感器10,以及安装在整车上的车速传感器12,各传感器实时监测信息,将数字信号传递给整车控制器15。另外,整车控制器15通过CAN总线与液压控制单元3、电机控制器16、电池管理***7进行信息交互,负责整个动力***的控制与协调。液压制动装置包括有主缸4、液压控制单元3以及安装在每个车轮1上的车轮制动器2,液压控制单元3对车轮制动器2进行控制以调节前后轮摩擦制动力的大小。再生制动装置包括有电池8以及电池管理***7,电池8通过DC/DC变换器13以及逆变器20与电机17电连接,电机17通过变速机构18与整车的驱动轴19相连接。电机控制器16通过整车控制器15发出的指令对电机制动力矩进行协调控制,在电机电枢中产生的电流经过双向DC/DC变换器13充入电池8中保存起来。对于电池8采用多个串并联在一起的锂离子电池单体来实现,并通过电池管理***7对电池的充放电过程进行实时监测。
为了使回收到电池8中的能量达到最大,本发明添加了双向DC/DC变换器13用于调节电机17发电与电池8充电间的效率协调关系及两者之间电压匹配关系,如图2所示。整车控制器15根据电机17、电池8的电流电压信号确定DC/DC的工作模式并计算输出目标电压值,并向DC/DC控制器14发出指令。DC/DC控制器14包括升压模块21和降压模块22两部分,根据整车控制器15指令通过控制信号对双向DC/DC变换器13进行实时控制,以实现再生制动时尽可能多的制动能量回收到电池8中。
本发明电动汽车再生制动***能量回收控制策略流程如图3所示。以下结合本发明再生制动***能量回收控制策略一个实施例对控制策略作进一步详细说明。
(1)电动汽车制动过程中,位移传感器6采集制动踏板5的位移信号,并确定制动强度z,车速传感器12、轮速传感器10、电池管理***7将相应的车速、轮速、电池SOC以及温度等检测信号实时传输到整车控制器15。
(2)整车控制器15通过验证制动强度z、电池SOC(电池剩余容量)以及温度等变量,判断是否开启电机再生制动,当遇到制动强度不超过0.7,电池SOC小于0.8并且温度低于55℃时,开启电机再生制动,其余情况则不开启再生制动;
(3)以某款试验样车为例确定制动模式的选择如图4所示,制动模式包括五种模式,即纯再生制动模式、中等复合制动模式、高级复合制动模式、常规液压制动模式以及非制动状态模式等。即:①纯再生制动模式SOC<0.8,0<z≤0.1;②中等复合制动模式SOC<0.8,0.1<z≤0.53;③高级复合制动模式SOC<0.8,0.53<z≤0.7;④常规液压制动模式SOC<0.8,0.7<z≤1.0;⑤非制动状态模式z≤0。在进入制动过程之后,如果检测到电池8的当前温度大于55℃时,为避免再生制动对电池充电而影响电池8的正常工作,则停止再生制动。
(4)制动模式确定以后,需计算总需求制动力并进行前后轴制动力分配。再生制动力分配控制策略的原则是在保证制动安全性的前提下尽可能多的回收制动能量,将制动力尽量多的分配到驱动轴上。本发明采用传统车常用的变比例阀液压分配线来代替理想制动力分配曲线,并对变比例阀液压分配线进行优化。
变比例阀液压分配线由OA和AB线两段组成,如图5所示,其中Fu1为前轮制动力,Fu2为后轮制动力。为了使得采用比例阀后车辆的附着系数利用率最高,A点、B点应位于满载时的理想特性曲线上。而B点的确定,应考虑到车辆在尽可能广的附着系数范围内制动时,不发生后轮先抱死,同时也要满足附着系数利用率的要求。以满载理想制动力分配曲线与OAB所夹面积最小为目标,确定A点和B点。在满足ECER13制动法规的基础上,为了尽可能地防止前轮抱死,拟用与M曲线所夹面积最小的折线CDE代替M曲线,与f曲线构成复合制动力分配线实现前后轮制动力的分配,用折线OAB来表示前后轮液压制动力分配线,由此确定再生制动力分配曲线。
(5)当开启再生制动时,通过电池SOC计算当时由电池最大充电电流和电压限制的最大充电功率Pbmax。
(6)比较电池的最大充电功率Pbmax和电机的制动功率Pdmax。如果电机制动功率Pdmax大于电池充电功率Pbmax,则由Pbmax作为再生制动功率,剩余的制动功率用液压制动功率来补充;如果电机制动功率Pdmax小于电池充电功率Pbmax,则用此时的电机制动功率Pdmax作为再生制动功率。由此,确定电机最大再生制动力Freg-max=min(Pdmax,Pbmax)。
(7)当制动强度z不超过0.1时,整车需求制动力完全由电机提供,电机制动力为Freg=Fb。
(8)当制动强度z大于0.1并且不超过0.7时,比较电机制动力Freg与需求制动力Fb。如果Freg小于Fb,则剩下的制动力应由前轮液压制动器提供,电机制动力为Freg-max,液压制动力为Fb-Freg-max;如果Freg大于或等于Fb,则此时的制动力全部由电机来提供,电机制动力大小为Fb。
(9)当制动强度大于0.7时,此时电机再生制动关闭,制动力全部由液压制动提供,其中前后轮液压制动力分别为Fb和Fr。
(10)车辆处于非制动状态时,前后液压制动力和再生制动力均为零。
电动汽车制动能量回收过程中,电机发出的电能向电池充电,随着电池电量的增加,电池端电压升高。当电池电压高于电机端电压时,电池不能继续回收再生制动能量。当电机发出的电流高于电池当前SOC值所允许的充电电流时,电池内部结构将受到损坏从而影响电池寿命。为保证电池回收尽可能多的能量,对双向DC/DC变换器输出信号进行控制,实现输出电压跟随期望值,调节电机发电与电池充电之间的电压匹配关系,使最终回收到电池中的能量达到最大。
以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明,不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.电动汽车能量回收的方法,其特征在于:该回收方法采用再生制动***进行,该电动汽车再生制动***包括整车控制装置、液压制动装置和再生制动装置,所述的整车控制装置包括整车控制器,与制动踏板相连的位移传感器,设置于车轮处的压力传感器、轮速传感器,以及车速传感器,位移传感器、压力传感器、轮速传感器和车速传感器将信号传送给整车控制装置;所述的液压制动装置包括主缸、液压控制单元和安装于车轮处的车轮制动器,液压控制单元通过主缸控制车轮制动器,进而控制车轮运行状态;所述的再生制动装置包括电池和电池管理***,电池通过双向DC/DC变换器和逆变器与电机相连接,电机则通过变速机构与整车的驱动轴相连接,电机由电机控制器控制其制动力矩,而电机由制动力矩引起的电机电枢而产生的电流经双向DC/DC变换器传送给电池,并由电池保存,电池管理***对电池的充放电进行实时监控;整车控制器通过CAN总线分别与液压控制单元、电机控制器、电池管理***进行信息交互,以实现整个动力***的控制和协调;
所述的双向DC/DC变换器由DC/DC控制器控制,整车控制器根据电池管理***的信号输出目标电压值,并向DC/DC控制器发出指令,由DC/DC控制器控制双向DC/DC变换器的工作模式,进而控制进入电池的电流量;其中,所述的DC/DC控制器包括升压模块和降压模块,当电机的发电电压较高,而此时电池的电压较低时,DC/DC控制器的降压模块工作,电机的输出电压经降压后充入到电池;当电机发电电压较低,电池电压较高时,DC/DC控制器的升压模块工作,将电机的发电电压升高后充入电池中;
所述的电池由多个串并联在一起的锂离子电池单体构成;
所述的电机为永磁同步电机或交流异步电机;
所述的回收方法包括如下步骤:
a.整车控制器接收各传感器所传送的信号,对再生制动模式、常规液压制动模式和非制动模式三种制动模式进行选择,选择再生制动模式时,进入步骤b,否则,进入常规液压制动状态或非制动状态;
b.制动模式确定后,整车控制器计算出总需求制动力,并对整车前后轮的制动力进行分配,同时,电池管理***根据电池剩余容量计算电池最大充电功率,确定电机最大再生制动力;
c.整车控制器根据电池管理***反馈的电机最大再生制动力,确定制动动力来源,并向液压控制单元和电机控制器发出所需提供的制动力信号,液压控制单元和电机控制器根据接收的信号进行再生制动,回收能量。
2.如权利要求1所述的电动汽车能量回收方法,其特征在于:步骤a中,位移传感器采集制动踏板的位移信号并确定制动强度,车速传感器、轮速传感器和电池管理***将车速、轮速和电池剩余容量以及电池温度传送给整车控制器,整车控制器根据上述信息选择制动模式,当电池剩余容量<0.8、电池温度<55℃,且制动强度≤0.7时,进入再生制动模式;电池剩余容量<0.8、电池温度<55℃,且0.7<制动强度≤1.0时,再生制动模式关闭,并进入常规液压制动模式;制动强度≤0时,进入非制动模式;当电池温度>55℃时,停止再生制动模式。
3.如权利要求2所述的电动汽车能量回收方法,其特征在于:所述的再生制动模式包括纯再生制动模式、中等复合制动模式和高级复合制动模式,当0<制动强度≤0.1时,进入纯再生制动模式;0.1<制动强度≤0.53时,进入中等复合制动模式;0.53<制动强度≤0.7时,进入高级复合制动模式。
4.如权利要求1所述的电动汽车能量回收方法,其特征在于,步骤b中,所述的电机最大再生制动力的确定方式为:根据电池最大充电电流和电压限制计算出电池最大充电功率Pbmax,当电池最大充电功率Pbmax<电机制动功率Pdmax时,电池最大充电功率Pbmax为再生制动功率;当电池最大充电功率Pbmax≥电机制动功率Pdmax时,电机制动功率Pdmax为再生制动功率,根据选定的再生制动功率确定电机的最大再生制动力。
5.如权利要求1所述的电动汽车能量回收方法,其特征在于,步骤c中,确定制动动力来源的方式为:当制动强度≤0.1时,整车所需制动力完全由电机提供;当0.1<制动强度≤0.7,且电机最大再生制动力<整车需求制动力时,电机和液压制动装置共同提供;当0.1<制动强度≤0.7,且电机最大再生制动力≥整车需求制动力时,整车所需制动力完全由电机提供;当制动强度>0.7时,整车所需制动力完全由液压制动装置提供。
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