新能源汽車VCU電控開發(fā)——能量回收模塊

一、概述

VCU（Vehicle Control Unit，整車控制器）能量回收功能是新能源汽車（如純電動汽車和混合動力汽車）中非常重要的一個環(huán)節(jié)。它主要是在車輛減速或制動過程中，將車輛的部分動能轉(zhuǎn)化為電能，并存儲在電池中，從而提高車輛的能量利用效率。能量回收的本質(zhì)是根據(jù)整車狀態(tài)計算出能量回收扭矩(TER，TorqueEnergyRecovery并進(jìn)行輸出，可分為能量回收使能(EnergyRecycleEnable)、能量回收扭矩請求(EnergyRecycleTorqueRequest)和能量回收扭矩限制(EnergyRecycleTorqueLimit)三個子模塊。

能量回收使能模塊是指 VCU 根據(jù)整車上電狀態(tài)、車速、擋位、電池 SOC 值、ABS 狀態(tài)、加速踏板狀態(tài)和剎車狀態(tài)等來判斷是否進(jìn)行能量回收;能量回收扭矩請求模塊是指 VCU確定進(jìn)行能量回收后，根據(jù)能量回收等級、能量回收模式、當(dāng)前車速和擋位計算出的能量回收扭矩值;能量回收扭矩限制模塊主要從 DCDC 和電池所允許的最大充電功率、電機特性兩個方面對能量回收扭矩進(jìn)行限制。

二、術(shù)語及縮寫

三、功能要求

VCU 能量回收功能規(guī)范的功能要求通常包括以下幾個方面：能量回收策略制定與執(zhí)行、能量回收效率優(yōu)化、系統(tǒng)協(xié)同與安全保障

1）能量回收策略制定與執(zhí)行

滑行能量回收：當(dāng)駕駛員松開加速踏板，車輛進(jìn)入滑行狀態(tài)時，VCU 應(yīng)能根據(jù)車速、電池 SOC（State of Charge，荷電狀態(tài)）等條件判斷是否開啟能量回收。例如，在較高車速下（如大于 30km/h），如果電池 SOC 低于設(shè)定閾值（如 80%），則開啟一定強度的滑行能量回收?；厥諒姸瓤梢愿鶕?jù)車輛的設(shè)計和駕駛模式的不同而有所變化，一般可以通過調(diào)整電機的發(fā)電扭矩來實現(xiàn)不同程度的能量回收。

制動能量回收：在車輛制動過程中，VCU 需要協(xié)調(diào)制動系統(tǒng)和驅(qū)動電機，實現(xiàn)制動能量回收。它要區(qū)分機械制動和電制動的比例，這通常通過制動踏板傳感器來獲取制動意圖。例如，在輕踩制動踏板時，優(yōu)先使用電制動進(jìn)行能量回收；當(dāng)制動踏板行程較大，需要更大的制動力時，機械制動和電制動同時工作，并且隨著制動強度的增加，機械制動的比例逐漸增大，電制動的比例相應(yīng)減小，以保證車輛的制動安全。

2）能量回收效率優(yōu)化

VCU 應(yīng)確保能量回收系統(tǒng)具有較高的回收效率。這涉及到電機的發(fā)電效率、傳動系統(tǒng)的能量傳遞效率以及電池的充電效率等多個環(huán)節(jié)。例如，電機在發(fā)電過程中會有能量損耗，一般高效的電機發(fā)電效率能達(dá)到 80% - 90% 左右。VCU 需要通過優(yōu)化控制策略，如調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速 - 扭矩工作點，使電機工作在高效發(fā)電區(qū)域，從而提高整體的能量回收效率。同時，傳動系統(tǒng)的設(shè)計也很關(guān)鍵，低摩擦的傳動部件有助于減少能量損失。

3）系統(tǒng)協(xié)同與安全保障

與動力系統(tǒng)協(xié)調(diào)：VCU 要與驅(qū)動電機緊密配合。在能量回收過程中，驅(qū)動電機從驅(qū)動狀態(tài)切換到發(fā)電狀態(tài)，VCU 需要準(zhǔn)確控制電機的扭矩反轉(zhuǎn)時間和大小。例如，在從加速狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到滑行能量回收狀態(tài)時，VCU 要確保電機扭矩的平穩(wěn)過渡，避免車輛出現(xiàn)頓挫感。同時，對于混合動力汽車，還需要協(xié)調(diào)發(fā)動機和電機之間的工作模式，當(dāng)發(fā)動機工作時，也要考慮如何合理地利用電機進(jìn)行能量回收。

與電池管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)：能量回收的電能要存儲到電池中，VCU 需要和電池管理系統(tǒng)（BMS）通信。BMS 負(fù)責(zé)監(jiān)控電池的狀態(tài)，如電池溫度、SOC 等。VCU 在進(jìn)行能量回收時，要根據(jù) BMS 提供的信息，判斷電池是否能夠接收回收的電能。例如，如果電池溫度過高（如超過 45℃）或者 SOC 已經(jīng)接近滿電狀態(tài)（如大于 95%），VCU 應(yīng)該減少或停止能量回收，以保護(hù)電池的安全和壽命。

四、系統(tǒng)組成

硬線信號

總線信號

部件功能說明

4.1能量回收功能

4.11滑行能量回收

接口信號

1）輸入量

2）輸出量

3）標(biāo)定量

滑行扭矩控制

滑行能量回收扭矩根據(jù)車速查表獲得，在不同車輛模式下，需查不同的 Map以保障不同的動力性和經(jīng)濟(jì)性需求。為保證駕駛平順性，低車速時回收扭矩較小，隨車速增大回收扭矩逐漸增大，車速達(dá)到一定值后，滑行能量回收扭矩不再增大（滑行能量回收 Map 中體現(xiàn)）。

4.12制動能量回收

接口信號

1）輸入量：

2）輸出量：

3）標(biāo)定量：

4.2matlab搭建模型

根據(jù)功能規(guī)范我們在Simulink中搭建模型

能量回收觸發(fā)條件模型：

能量回收限制模塊模型：

能量回收計算模塊模型：

來源：新能源汽車電控開發(fā)與測試