馬文靜

(江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 江蘇南通 226000)

0 引言

電動(dòng)汽車在節(jié)約能源和環(huán)保方面有較大的優(yōu)勢(shì)，但電動(dòng)汽車的發(fā)展速度和普及速度卻比較緩慢，其主要的制約因素有：蓄電池組容量太小、能量的利用率較低、整車性能優(yōu)化不佳等[1]。分析顯示，通過(guò)制動(dòng)能量回收來(lái)提高能量的利用率，是當(dāng)前技術(shù)條件下顯著提高車輛續(xù)航能力的關(guān)鍵技術(shù)。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收控制系統(tǒng)的主控制器為Freescale單片機(jī)，型號(hào)為MC9S12DG128。該系統(tǒng)主要由功率變換器(IGBT)、永磁直流電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)、蓄電池組、加速踏板、制動(dòng)踏板和智能儀表組成。電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收控制系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1。

1.2 工作原理

電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自永磁直流電機(jī)，當(dāng)電動(dòng)汽車正常行駛時(shí)，即在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，蓄電池組為永磁直流電機(jī)提供電能，電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，將電能轉(zhuǎn)化為汽車行駛所需的機(jī)械能。當(dāng)電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)，即在制動(dòng)狀態(tài)下，永磁直流電機(jī)將驅(qū)動(dòng)輪上的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能回饋到蓄電池組中，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。蓄電池組不僅是電動(dòng)汽車的電能源，還是制動(dòng)回收能量的存儲(chǔ)源。單片機(jī)控制器是制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的核心部件，其作用是根據(jù)司機(jī)的操作指令和傳感器采集到的車輛行駛信號(hào)，合理控制制動(dòng)力的分配以及制動(dòng)能量的回收儲(chǔ)存，同時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池組的電壓、電流、溫度、SOC等參數(shù)，并控制智能儀表顯示相關(guān)參數(shù)。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 主要硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 踏板傳感器電路設(shè)計(jì)

通過(guò)分析加速踏板傳感器和制動(dòng)踏板傳感器的特性可知：

1) 必須要設(shè)計(jì)一個(gè)電壓跟隨器，減少信號(hào)調(diào)理電路對(duì)傳感器的影響。

2) 需進(jìn)行信號(hào)放大，使傳感器信號(hào)在0～5 V范圍內(nèi)。

3) 需要設(shè)計(jì)調(diào)零電路，使加速和制動(dòng)踏板輸入角度為零時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路的輸出電壓也為零[2]。其設(shè)計(jì)電路如圖2所示。

2.2 電壓電流傳感器電路設(shè)計(jì)

電機(jī)電樞端電壓和蓄電池的端電壓由電壓傳感器來(lái)測(cè)量，電流傳感器主要用于測(cè)量電樞電流和蓄電池組的充電電流。電壓、電流傳感器采用霍爾傳感器。其電路圖見(jiàn)圖3。

圖3中，電阻R8、R9和變阻器R構(gòu)成調(diào)零電路，運(yùn)算放大器及阻容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成低通濾波器。當(dāng)電路正常工作時(shí)，通過(guò)調(diào)整R的阻值可以調(diào)節(jié)電路輸出電壓的零點(diǎn)值。

2.3 轉(zhuǎn)速傳感器調(diào)理電路設(shè)計(jì)

速度信號(hào)是電動(dòng)汽車的重要參數(shù)之一，不僅在顯示電路部分需要用到速度參數(shù)，而且在制動(dòng)控制策略中也要用到速度反饋信號(hào)。磁電式速度傳感器具有體積小、無(wú)需電源、耐溫范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、可直接將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出等特點(diǎn)，其輸出信號(hào)為精度較高的方波信號(hào)，能滿足汽車的動(dòng)力性能[3]。本文中采用成都東振DF6202磁電式轉(zhuǎn)速傳感器。轉(zhuǎn)速傳感器調(diào)理電路見(jiàn)圖4。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車的制動(dòng)力來(lái)自機(jī)械制動(dòng)和電制動(dòng)兩個(gè)部分。當(dāng)司機(jī)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)始工作，電制動(dòng)力由于受到電機(jī)的扭矩、功率、蓄電池的狀態(tài)等因素的影響，其制動(dòng)力有限[4]，所以系統(tǒng)首先要

圖3 電壓電流傳感器電路

圖4 轉(zhuǎn)速傳感器電路

通過(guò)制動(dòng)踏板調(diào)理電路的輸出信號(hào)判斷司機(jī)對(duì)制動(dòng)力需求的大小，如果需求制動(dòng)力大于永磁直流電機(jī)所能提供的最大電制動(dòng)力，則制動(dòng)力就由機(jī)械制動(dòng)和電制動(dòng)共同提供；反之，只需要電制動(dòng)力。制動(dòng)能量回收系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，首先要檢查蓄電池能否充電，若蓄電池禁止充電，則使用機(jī)械制動(dòng)，若蓄電池允許充電，則調(diào)用制動(dòng)電流PID控制程序?qū)崿F(xiàn)電制動(dòng)力大小的控制。制動(dòng)能量回收控制流程圖見(jiàn)圖5，其中JS為加速踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)，ZD為制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)，Tmotmax為永磁直流電機(jī)的最大制動(dòng)力矩，Ttqc為當(dāng)前所需制動(dòng)力矩，ZDflag為電制動(dòng)標(biāo)志，Smax為荷電狀態(tài)極值，ρ為占空比，N為高低速分界點(diǎn)，Ttqmax為永磁直流電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，Ttq為當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)矩。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的電動(dòng)汽車制動(dòng)能量系統(tǒng)能有效回收制動(dòng)能量，并將制動(dòng)能量存儲(chǔ)于蓄電池組中，便于再次利用，提高了電動(dòng)汽車的續(xù)航能力，延長(zhǎng)了蓄電池組的使用壽命，節(jié)約了能源，降低了電動(dòng)車的運(yùn)行成本。

圖5 制動(dòng)能量回收控制流程圖