新能源汽车能量回收策略详解

新能源汽车能量回收策略详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_43199439/article/details/140830537

新能源汽车的能量回收系统是提高能源利用率和延长续航里程的关键技术。本文详细介绍了能量回收策略的工作原理、发生环节、能量路径以及关键节点的协同工作方式，并提供了具体的代码示例和算法设计思路，帮助读者深入了解这一重要技术。

一、工作原理

在分布式电子电气架构的新能源汽车中，能量回收的控制策略通常由VCU（Vehicle Control Unit）实现。VCU负责整合和处理来自车辆各传感器的信息，并全面控制和管理车辆的运行状态。能量回收功能是VCU的重要组成部分。

1. 能量回收的实现过程

• 实时工况监测 ：VCU根据车辆的实时工况（如车速、制动踏板位置、电池荷电状态、电池温度等）匹配合适的能量回收策略。
• 调节MCU状态 ：通过调节驱动电机控制器（MCU）的工作状态，VCU实现制动或滑行时的动能转化为电能储存在电池中。

例如，当驾驶员踩下制动踏板时，VCU会指令MCU将驱动电机切换至回收模式，从而将车辆的动能转换为电能并存储在电池中。

2. 节点协同工作

• MCU的执行 ：MCU接收VCU的具体指令，控制驱动电机在回收模式下工作，实现动能到电能的转换。
• BMS的安全监控 ：BMS（Battery Management System）与VCU进行信息交互，确保动力电池在能量回收过程中的安全性，避免过充，并保证电池温度保持在适宜范围内。

通过VCU、MCU、BMS等节点的协同工作，确保了新能源汽车高效、安全的能量回收效果。

二、发生环节

能量回收的主要发生在两种驾驶环境中：

1. 制动减速时 ：

• 当驾驶员踩下制动踏板时，驱动电机由驱动模式转为发电模式，能量回收系统开始工作，将车辆运动的动能转化为电能。

示例 ：在城市驾驶中，当驾驶员减速停靠时，系统会自动启动能量回收模式，回收车辆动能。

2. 滑行状态时 ：

• 当驾驶员松开加速踏板，车辆进入滑行模式，此时驱动电机进入发电机模式，回收车辆在惯性下滑行时的动能。

示例 ：在高速公路行驶时，驾驶员松开油门，车辆滑行时也会自动回收能量。

三、能量路径

能量回收过程中，能量的来源是整车的动能，其路径如下：

1. 动能转化 ：

2. 逆变器转换 ：

• 通过MCU的逆变器将电机产生的交流电转换为直流电，以便动力电池存储。

3. BMS监控 ：

• BMS监控动力电池的状态，控制能量的充入速度，并进行电池单元的均衡，确保能量安全有效地存储。

4. 辅助系统供电 ：

• 在某些策略中，除了将能量存储，回收的能量还可用于如空调、暖风等辅助系统，以提高整车的能源效率和续航里程。

四、能量回收策略

4.1. 主要涉及节点

在能量回收过程中，主要涉及的相关节点及其功能如下：

• VCU ：

• 作为决策中心，收集并处理所有必要的参数信息，制定并执行能量回收策略。

• MCU ：

• 接收VCU的指令，控制驱动电机在合适的时机进入发电模式，实现能量回收。

• BMS ：

• 监测电池状态并向VCU报告，确保在能量回收过程中电池不会过充或过热，同时参与电池均衡控制。

• 制动系统 ：

• 在联合制动模式下与VCU协作，协调再生制动与传统摩擦制动的比例，确保刹车效果和能量回收效果的平衡。

4.2. 系统交互流程

在新能源汽车的能量回收过程中，各传感器收集和判断参数，并将数据传送给VCU（Vehicle Control Unit）和BMS（Battery Management System）。VCU根据收集到的数据计算最优的能量回收策略，并向MCU（Motor Control Unit）发出控制指令，指示驱动电机何时以及以何种程度进行能量回收。MCU在接到指令后控制驱动电机由驱动模式转为发电状态，从而将动能转化为电能。

在此过程中，BMS监测动力电池的状态，并向VCU反馈当前的状态参数（如荷电状态 SoC、温度等）。BMS还在必要时介入，以控制充电电流的大小。VCU根据实际回收效果和电池状态的变化，不断调整回收策略，实现闭环控制。

4.3. 策略关键

为了实现安全、高效的能量回收，VCU需要具备能量回收的智能调节策略。这要求VCU能够根据车辆实时行驶状态做出精确判断，动态调整能量回收的力度和策略。例如，在不同的制动强度和驾驶员意图下，智能切换回收等级，以实现舒适性与回收效率的平衡。

4.4. 回收力度分级示例

1. 初级回收力度（Level 1） ：

• 当车辆正常行驶且车速较低（如<40 km/h），驾驶员轻踩制动踏板或松开油门踏板滑行时，VCU判断为轻度能量回收，设定回收力度为Level 1。系统以较低的功率回收动能，以保持行车过程的平顺性。

2. 中级回收力度（Level 2） ：

• 当车速提高（如40-80 km/h）或制动踏板深度增加时，VCU判断为中度能量回收，将回收力度调至Level 2，增大回收功率。同时，VCU密切关注电池的温度和SoC，若电池温度升高或SoC接近上限，则适当降低回收力度。

3. 高级回收力度（Level 3） ：

• 在高速行驶或急减速情况下，若驾驶员大力踩下制动踏板，VCU将判定为重度能量回收，设置回收力度为Level 3。此时，系统将尽可能多地回收动能，并结合车辆的ABS和ESC等系统，确保行车安全。若动力电池温度接近阈值或SoC已近满状态，VCU将暂时降低或暂停能量回收。

4.5. 简易代码示意

示例代码可分为四大关键部分：

1. 安全性检查 ：

def safety_check(battery_temperature, battery_soc):
    if battery_temperature > MAX_SAFE_TEMP or battery_soc >= MAX_SOC:
        return False
    return True

2. 能量回收策略 ：

def determine_recovery_level(vehicle_speed, brake_pressure, battery_status):
    if vehicle_speed < 40 and brake_pressure < LIGHT_BRAKE:
        return 'Level 1'
    elif 40 <= vehicle_speed < 80 or brake_pressure >= MEDIUM_BRAKE:
        if safety_check(battery_status.temperature, battery_status.soc):
            return 'Level 2'
    elif vehicle_speed >= 80 and brake_pressure >= STRONG_BRAKE:
        if safety_check(battery_status.temperature, battery_status.soc):
            return 'Level 3'
        else:
            return 'Level 2'
    return 'Level 1'

3. 默认行为 ：

def default_recovery():
    return 'Level 1'

4. 主函数示例 ：

vehicle_status = VehicleStatus(speed=current_speed, brake_pressure=current_brake_pressure)
recovery_level = determine_recovery_level(vehicle_status.speed, vehicle_status.brake_pressure, battery_status)

4.6. 算法设计思路

在实现能量回收力度时，可采用多种算法设计思路：

• PID控制 ：实时调节驱动电机的功率，实现回收力度的精确控制。
• 模糊控制 ：根据车辆当前状态参数进行实时调整。
• 滑模控制 ：通过滑模控制算法来处理非线性系统的动态特性。

此外，也可以通过简单条件判断来实现单一力度的能量回收。具体实现需结合实际应用。

4.7. BMS的角色

为了实现安全有效的能量回收，BMS需具备对动力电池相关参数的精准监控，并能够预测电池的衰减趋势，以便系统提前调整能量回收策略。

4.8. 热管理系统设计

为提高能量回收的高效性，热管理系统的设计应将能量回收系统与电池、电机、电控等热源集成在同一热管理系统内。这确保能通过智能算法调度热能资源，将回收的能量用于电池预热或空调系统，减少对外部能源的依赖。同时，在回收能量时，合理利用冷却系统，以确保在高功率回收时动力电池不过热，并通过回收的能量对其进行温度调控，以提高工作效率。

五、总结

能量回收系统的高效运作依赖于各个关键节点的协同工作，通过实时监测和智能决策，能够有效地将车辆的动能转化为电能，进而提高新能源汽车的能源利用率，延长续航里程，并确保行驶安全。

除常规的能量回收策略外，通过预测驾驶行为等先进技术，如采用导航、ADAS、路径规划等技术，提前预判驾驶员的行驶意图和道路状况（如下坡、红绿灯、拥堵等），据此智能调整能量回收力度，最大程度地回收可用能量，在实现安全驾驶的同时，实现能量的高效利用。