馬文靜

(江蘇工程職業(yè)技術學院機電工程學院 江蘇南通 226000)

0 引言

電動汽車在節(jié)約能源和環(huán)保方面有較大的優(yōu)勢，但電動汽車的發(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，通過制動能量回收來提高能量的利用率，是當前技術條件下顯著提高車輛續(xù)航能力的關鍵技術。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

電動汽車制動能量回收控制系統(tǒng)的主控制器為Freescale單片機，型號為MC9S12DG128。該系統(tǒng)主要由功率變換器(IGBT)、永磁直流電動機、傳動系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、機械制動系統(tǒng)、蓄電池組、加速踏板、制動踏板和智能儀表組成。電動汽車制動能量回收控制系統(tǒng)框圖見圖1。

1.2 工作原理

電動汽車的驅動力來自永磁直流電機，當電動汽車正常行駛時，即在驅動狀態(tài)下，蓄電池組為永磁直流電機提供電能，電機處于電動狀態(tài)，將電能轉化為汽車行駛所需的機械能。當電動汽車制動時，即在制動狀態(tài)下，永磁直流電機將驅動輪上的動能轉化為電能回饋到蓄電池組中，電機處于發(fā)電狀態(tài)。蓄電池組不僅是電動汽車的電能源，還是制動回收能量的存儲源。單片機控制器是制動能量回收系統(tǒng)的核心部件，其作用是根據(jù)司機的操作指令和傳感器采集到的車輛行駛信號，合理控制制動力的分配以及制動能量的回收儲存，同時監(jiān)測蓄電池組的電壓、電流、溫度、SOC等參數(shù)，并控制智能儀表顯示相關參數(shù)。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 主要硬件電路設計

2.1 踏板傳感器電路設計

通過分析加速踏板傳感器和制動踏板傳感器的特性可知：

1) 必須要設計一個電壓跟隨器，減少信號調理電路對傳感器的影響。

2) 需進行信號放大，使傳感器信號在0～5 V范圍內。

3) 需要設計調零電路，使加速和制動踏板輸入角度為零時，信號調理電路的輸出電壓也為零[2]。其設計電路如圖2所示。

2.2 電壓電流傳感器電路設計

電機電樞端電壓和蓄電池的端電壓由電壓傳感器來測量，電流傳感器主要用于測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。其電路圖見圖3。

圖3中，電阻R8、R9和變阻器R構成調零電路，運算放大器及阻容網(wǎng)絡構成低通濾波器。當電路正常工作時，通過調整R的阻值可以調節(jié)電路輸出電壓的零點值。

2.3 轉速傳感器調理電路設計

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

3 系統(tǒng)軟件設計

電動汽車的制動力來自機械制動和電制動兩個部分。當司機踩下制動踏板時，制動系統(tǒng)開始工作，電制動力由于受到電機的扭矩、功率、蓄電池的狀態(tài)等因素的影響，其制動力有限[4]，所以系統(tǒng)首先要

圖3 電壓電流傳感器電路

圖4 轉速傳感器電路

通過制動踏板調理電路的輸出信號判斷司機對制動力需求的大小，如果需求制動力大于永磁直流電機所能提供的最大電制動力，則制動力就由機械制動和電制動共同提供；反之，只需要電制動力。制動能量回收系統(tǒng)開始工作時，首先要檢查蓄電池能否充電，若蓄電池禁止充電，則使用機械制動，若蓄電池允許充電，則調用制動電流PID控制程序實現(xiàn)電制動力大小的控制。制動能量回收控制流程圖見圖5，其中JS為加速踏板開關信號，ZD為制動踏板開關信號，Tmotmax為永磁直流電機的最大制動力矩，Ttqc為當前所需制動力矩，ZDflag為電制動標志，Smax為荷電狀態(tài)極值，ρ為占空比，N為高低速分界點，Ttqmax為永磁直流電機的最大轉矩，Ttq為當前電機轉矩。

4 結束語

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

圖5 制動能量回收控制流程圖