电动汽车能量回馈的整车控制

简谈整车控制器 VCU

1.概述整车控制器VCU（Vehicle control unit）作为新能源车中央控制单元，是整个控制系统的核心。

VCU 采集电机及电池状态、加速踏板信号、制动踏板信号及其它执行器传感器控制器信号，根据驾驶员的驾驶意图综合分析并做出相应判定后，监控下层的各部件控制器的动作，它负责汽车的正常行驶、制动能量回馈、整车发动机及动力电池的能量管理、网络管理、故障诊断及处理、车辆状态监控等，从而保证整车在较好的动力性、较高经济性及可靠性状态下正常稳定的工作。

可以说整车控制器性能的优劣直接决定了新能源汽车整车性能的好坏，起到了中流砥柱的作用。

2.发展过程整车控制器可谓是起源于传统汽车，落地于新能源汽车。

传统汽车包含发动机控制器、变速箱控制器、车身控制器、底盘控制器等，各控制器是由不同的Tier1 提供，为解决各自零部件的功能及性能指标而定制设计。

比如EMS 是解决发动机燃油经济性、排放法规及热处理等。

变速箱是解决操作杆与齿轮动作的相互协调及切换。

各自独立控制车辆某一部分，无法总体考虑整车性能与功能需求。

因此部分OEM 为了实现整车定制功能、个性化设计、摆脱国外Tier1高昂的开发费及开发周期，有了整车控制器最初的概念设想。

由于国内电控技术起步晚，OEM对国外Tier1的控制力不足，直到新能汽车快速发展，混合动力迫切需要解决燃油动力系统与电池动力系统之间的有效协调，纯电动车需要解决整车动力管理，因此明确了整车控制器的概念及功能定义，奠定了VCU 获得的高速发展的基础。

传统汽车E／E 架构传统汽车E／E 架构行业分析新能源起步阶段，大概在2012－2015年诞生了第一代VCU产品。

技术来源于传统汽车电控ECU，以发动机控制器及车身控制器为主要技术来源。

行业典型产品有德尔福的HCU－2、联电的VCU、大陆的H300及普华第一代VCU－1。

VCU－1 是普华软件与国内知名OEM 合作开发，采用主从的硬件解决方案，AUTOSAR3．1．5软件平台，是国内最早自主AUTOSAR 软硬一体化的VCU 解决方案。

电动汽车制动模式与能量回收的约束条件

电动汽车制动模式与能量回收的约束条件对电动汽车进行制动能量回收是目前条件下提高能量利用率，增加汽车行驶里程的有效手段。

但是从汽车的安全性角度考虑，需要传统的机械摩擦制动作为补充，保证整车的制动性能良好。

也就是说，电动汽车的整车制动是机械制动与电机再生制动协同工作的过程。

（1）制动模式根据电动汽车的行驶特点，将制动或减速可分为以下五种工况：1）紧急制动，此时制动减速度往往大于3m/s2，某些情况下，甚至能达到8m/s2。

为了保证制动安全性，此时以传统的机械摩擦制动为主，再生制动为辅，这种紧急制动过程非常短，能够回收的动能比较少。

2）中度制动，即一般制动，指制动减速度小于3m/s2，且大于滑行减速。

此工况可以分为减速过程与停车过程两部分，再生制动系统负责减速过程，机械制动完成停车过程。

3）汽车下坡时的制动，此时制动力很小，能量回收系统负责全制动过程。

4）滑行减速，是指汽车切断动力后依靠惯性滑行的减速模式，其制动减速度就是滑行减速度，该过程中消耗的能量无法回收利用。

5）缓慢减速过程，是指汽车以小于滑行减速度的减速度缓慢减速的运行情况，此时仍然需要动力装置输出少量的动力，该过程中消耗的能量也无法回收利用。

汽车制动或减速时，只有在2）、3）、4）三种工况下可以较多地回收整车的能量。

因此，为了提高制动过程中电动汽车的能量回收利用率，在制动过程中应尽可能地让电机再生制动力发挥作用，在保证汽车制动安全性的条件下，尽量回收所有除空气阻力和滚动阻力以外的能量。

若采用四轮驱动的形式，与采用单轴驱动的车辆相比，将大大提高能量回收的潜力。

（2）制动能量回收的约束条件在制动过程中，希望能够通过再生制动的形式最大限度地回收制动能量，但是在实际的制动过程中，可回收的制动能量的多少受多个因素的制约。

1）驱动轮限制。

只有驱动轮上由能量回收系统负责的那一部分制动能量可以进行回收。

采用四车轮同时驱动，可以较好地实现制动能量的回收。

2）受电池状态SOC值的限制。

新能源汽车制动能量回收工作原理

新能源汽车制动能量回收工作原理一、概述新能源汽车制动能量回收工作原理是一种能够将汽车制动时产生的能量回收利用的技术。

传统的汽车在制动过程中，制动器通过摩擦将汽车动能转化为热量散发出去，造成能量的浪费。

而新能源汽车制动能量回收工作原理通过电机控制器将制动过程中的动能转化为电能，并存储在电池中，以供后续使用，实现能量的再利用，提高了能源利用效率。

二、制动能量回收原理制动能量回收主要是通过电动机反向工作的方式将制动过程中的动能转化为电能。

具体实现过程如下：1.踩下制动踏板后，汽车的制动器开始工作，制动器的摩擦将汽车动能转化为热量。

2.同时，电机控制器感知到制动信号，通过控制电动机改变工作模式，使电动机从驱动模式切换为发电模式。

3.在发电模式下，电动机转子的运动将汽车的动能转化为电能，并输出到电池中进行储存。

4.电池将储存的电能进行管理，以供后续使用，如驱动电机运行、提供车载电子设备电力等。

三、制动能量回收系统组成新能源汽车制动能量回收系统主要由以下几个部分组成：1. 制动器制动器是将汽车动能转化为热能的装置，通过摩擦使汽车减速停下。

常见的制动器包括盘式制动器和鼓式制动器。

2. 电动机控制器电动机控制器是实现制动能量回收的核心装置，通过感知制动信号，控制电动机工作模式的切换。

同时，电动机控制器还负责监测电池状态，保证回收电能的安全和有效性。

3. 电池电池是回收电能的储存装置，通常采用高性能的锂离子电池。

电池能够储存回收的电能，并在后续需要时释放出来供电。

4. 电能管理系统电能管理系统对电池进行管理，包括充放电控制、电池状态监测、电池寿命预测等功能。

电能管理系统的合理设计能够提高电池的使用寿命和能效。

四、制动能量回收的优势新能源汽车制动能量回收具有以下几个优势：1.能源利用效率高：通过回收制动能量，实现了能源的再利用，提高了能源利用效率，减少能源的浪费。

2.减少环境污染：制动能量回收减少了汽车制动时产生的热量，降低了排放的废热，减少了对环境的污染。

混合电动车能量回馈控制系统设计

３１相关信号检测设计．
电机转速由脉冲编码器测量。电机每转一周
的减速度达到了ＡＳＢ节点激活的门限值的时候，ＡＳ系统被激活并独立调节车辆的刹车过程。电Ｂ
机的回馈制动分为高速制动和低速制动。高速制
产生１２４个相位差９。ＡＢ路方波信号，００的，经７Ｈ１密特触发器整形后接到Ｔ３０Ｆ４７４Ｃ４施ＭＳ２Ｌ２０的ＱＰ单元，Ｅ确定转速和旋转方向。用ＭＥＳ加Ｍ速度计测量加速度，并通过ＩＣ方式送人动力总成
ＧＡ０ｈｈ— ｎｇＳａｍｉ
（ｒｉｎｕｔｙＡｓｔＨｏｄｎｏａｙ，ｒｉ５０１ｈｎ）ＨａｂｎＩｄｓｒｓｅｌｉｇＣｍｐｎＨａｂｎ１００，Ｃｉａｓ
Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ｔｈｃｏｄｎａｉｎｅｏｒｉｔｏｗｏｋ，ａｗｅｌｓｈｓａｎｏｄｔｃｉｇａａｔｒａｎｅｃｒｓｌａｔｅｈｒｇｆｅｅｔｎｐｒｍｅｅｓｍｏｇａｈｉ
ｃｎｏｔｒｆｔｅｖｈｉｌｓｂｉｔｓｄｏｏｔｌｎｅｗｏｋｏｅｃｅｉｕｌｂａｅｎＣＡＮｒｈＢｕｓｎｏｄｒｔｃｉｖｐｉｌｂａｉｇｃｎｒｌ．Ｉｒｅｏａｈｅｅｏｔｍａｒｋｎｏｔｏ，ｔｅｔｔｌｂａｉｏｑｅｉｉｉｅｎｏｅｅｇｅｅｅａｉｎｂａｉｇ，ｍｅｈｎｃｌｂｅｋｎｎｈｏａｒｋｎｇｔｒｕｓｄｖｄｄｉｔｎｒｒｇｎｒｔｏｒｋｎｙｃａｉａｒａｉｇａｄＡＢＳｂｅｋｎｙｄｆｅｅｔｐｏｏｔｏｒａｉｇｂｉｒｎｒｐｒｉｎ，ａｃｒｉｏｔｃｕａｏｄｔｎｃｏｄｎｇｔｈｅａｔｌｃｎｉｉ．ｏ

电机控制系统中的能量回馈技术

电机控制系统中的能量回馈技术电机控制系统中的能量回馈技术在现代工业自动化领域中起着至关重要的作用。

能量回馈技术是指通过某种方式将电机系统产生的能量进行回馈利用，以达到能效优化、节能减排的目的。

在电机控制系统中，能量回馈技术可以有效降低系统的能耗，提高系统的运行效率，延长设备的使用寿命，是一种非常重要的技术手段。

一、能量回馈技术的工作原理能量回馈技术主要包括能量回馈装置和能量回馈控制系统两部分。

能量回馈装置通过不同的原理将电机系统产生的能量进行回馈利用，如惯性回馈装置、发电回馈装置、机械回馈装置等。

能量回馈控制系统则通过检测和分析能量回馈装置输出的能量状况，对电机控制系统进行智能调控，实现能量的高效利用。

通过这种方式，能量回馈技术可以将电机系统产生的惯性能量、制动能量等在一定程度上回馈到电网中，减少电机系统的能量损耗，提高系统的整体能效。

二、能量回馈技术的应用领域能量回馈技术广泛应用于各种电机控制系统中，包括电梯系统、风力发电系统、电动汽车系统等。

在电梯系统中，能量回馈技术可以将电梯在下行过程中产生的制动能量回馈到电网中，减少了电梯系统的能耗，提高了系统的整体运行效率。

在风力发电系统中，能量回馈技术可以通过智能控制系统将风力发电机产生的多余电能回馈到电网中，实现风力发电系统的能量储存和再利用。

在电动汽车系统中，能量回馈技术可以将电动汽车制动时产生的能量回馈到电池中，延长了电动汽车的续航里程，提高了电动汽车的能效。

三、能量回馈技术的发展趋势随着节能减排的国家政策日益严格，能量回馈技术在电机控制系统中的应用前景十分广阔。

未来，随着智能控制技术的不断发展和完善，能量回馈技术将会变得越来越智能化、高效化。

同时，随着新能源技术和储能技术的不断创新，能量回馈技术将会在电机控制系统中得到更加广泛的应用，并对整个工业自动化领域产生深远的影响。

总的来说，电机控制系统中的能量回馈技术是一种具有重要意义的技术手段，可以有效提高系统的能效，降低系统的能耗，延长设备的使用寿命。

新能源汽车整车控制技术 - 教案

教案新能源汽车整车控制技术教案一、引言1.1新能源汽车的市场趋势1.1.1全球新能源汽车销量增长1.1.2我国新能源汽车政策支持1.1.3新能源汽车的技术创新1.1.4新能源汽车对环境的影响1.2新能源汽车整车控制技术的重要性1.2.1整车控制技术是新能源汽车的核心1.2.2整车控制技术对性能的影响1.2.3整车控制技术的应用领域1.2.4整车控制技术的发展前景1.3教学目的与意义1.3.1培养学生对新能源汽车的兴趣1.3.2提高学生对整车控制技术的认识1.3.3培养学生的实践操作能力1.3.4为新能源汽车行业培养专业人才二、知识点讲解2.1新能源汽车的定义与分类2.1.1新能源汽车的能源类型2.1.2新能源汽车的驱动方式2.1.3新能源汽车的主要组成部分2.1.4新能源汽车与传统汽车的区别2.2整车控制系统的组成与原理2.2.1整车控制系统的硬件组成2.2.2整车控制系统的软件组成2.2.3整车控制系统的控制策略2.2.4整车控制系统的功能与应用2.3整车控制技术的关键技术2.3.1电池管理系统2.3.2驱动电机控制技术2.3.3能量回馈控制技术2.3.4车辆网络通信技术三、教学内容3.1新能源汽车整车控制技术的基本概念3.1.1整车控制技术的定义3.1.2整车控制技术的应用范围3.1.3整车控制技术的发展历程3.1.4整车控制技术的未来发展方向3.2新能源汽车整车控制系统的组成与原理3.2.1整车控制系统的硬件组成3.2.2整车控制系统的软件组成3.2.3整车控制系统的控制策略3.2.4整车控制系统的功能与应用3.3新能源汽车整车控制技术的应用实例3.3.1电池管理系统的应用实例3.3.2驱动电机控制技术的应用实例3.3.3能量回馈控制技术的应用实例3.3.4车辆网络通信技术的应用实例四、教学目标4.1知识与技能目标4.1.1了解新能源汽车的基本概念4.1.2掌握整车控制系统的组成与原理4.1.3学会分析整车控制技术的应用实例4.1.4培养学生的实践操作能力4.2过程与方法目标4.2.1培养学生的自主学习能力4.2.2提高学生的团队协作能力4.2.3培养学生的创新思维4.2.4提高学生的沟通与表达能力4.3情感态度与价值观目标4.3.1培养学生对新能源汽车行业的热爱4.3.2增强学生的环保意识4.3.3培养学生的社会责任感4.3.4培养学生的职业道德五、教学难点与重点5.1教学难点5.1.1整车控制系统的组成与原理5.1.2整车控制技术的应用实例5.1.3新能源汽车行业的政策与法规5.2教学重点5.2.1新能源汽车的基本概念5.2.2整车控制技术的关键技术5.2.3新能源汽车行业的市场趋势六、教具与学具准备6.1教具准备6.1.1新能源汽车模型6.1.2整车控制系统的实物展示6.1.3多媒体教学设备6.2学具准备6.2.1笔记本电脑或平板电脑6.2.2相关教材与参考资料6.2.3学习用具（如笔记本、笔等）七、教学过程7.1导入新课7.1.1引入新能源汽车的话题7.1.2提问学生对新能源汽车的了解7.1.3引出整车控制技术的概念7.2知识讲解7.2.1介绍新能源汽车的基本概念7.2.2讲解整车控制系统的组成与原理7.2.3分析整车控制技术的关键技术7.3实践操作7.3.1演示整车控制系统的操作7.3.2学生分组进行实践操作7.3.3解答学生实践过程中的疑问八、板书设计8.1新能源汽车整车控制技术概述8.1.1新能源汽车的定义与分类8.1.2整车控制系统的组成与原理8.1.3整车控制技术的关键技术8.2整车控制技术的应用实例8.2.1电池管理系统的应用实例8.2.2驱动电机控制技术的应用实例8.2.3能量回馈控制技术的应用实例8.3教学目标与教学方法8.3.1教学目标8.3.2教学方法8.3.3教学评价九、作业设计9.1课后练习题9.1.1填空题9.1.2选择题9.1.3简答题9.2实践报告9.2.1实践操作记录9.2.2实践操作中的问题与解决方法9.2.3实践操作的心得体会9.3拓展阅读9.3.1新能源汽车行业的相关政策与法规9.3.2新能源汽车行业的发展动态9.3.3新能源汽车行业的未来趋势十、课后反思及拓展延伸10.1教学反思10.1.1教学过程中的优点与不足10.1.2学生的学习反馈与评价10.1.3教学方法的改进与优化10.2拓展延伸10.2.1新能源汽车行业的职业发展10.2.2新能源汽车行业的创新与研发10.2.3新能源汽车行业的国际合作与交流重点和难点解析1.整车控制系统的组成与原理重点补充：详细讲解整车控制系统的硬件和软件组成，包括电池管理系统、驱动电机控制技术、能量回馈控制技术等关键部件的工作原理和相互协作的方式。

纯电动汽车整车控制器的构成、原理、功能说明

纯电动汽车整车控制器的构成、原理、功能说明整车控制器是电动汽车正常行驶的控制中枢，是整车控制系统的核心部件，是纯电动汽车的正常行驶、再生制动能量回收、故障诊断处理和车辆状态监视等功能的主要控制部件。

整车控制器包括硬件和软件两大组成部分，它的核心软件和程序一般由生产厂商研发，而汽车零部件供应商能够提供整车控制器硬件和底层驱动程序。

现阶段国外对纯电动汽车整车控制器的研究主要集中在以轮毂电机驱动的纯电动汽车。

对于只有一个电机的纯电动汽车通常不配备整车控制器，而是利用电机控制器进行整车控制。

国外很多大企业都能够提供成熟的整车控制器方案，如大陆、博世、德尔福等。

1整车控制器组成与原理纯电动汽车整车控制系统主要分为集中式控制和分布式控制两种方案。

集中式控制系统的基本思想是整车控制器独自完成对输入信号的采集，并根据控制策略对数据进行分析和处理，然后直接对各执行机构发出控制指令，驱动纯电动汽车的正常行驶。

集中式控制系统的优点是处理集中、响应快和成本低；缺点是电路复杂，并且不易散热。

分布式控制系统的基本思想是整车控制器采集一些驾驶员信号，同时通过CAN总线与电机控制器和电池管理系统通信，电机控制器和电池管理系统分别将各自采集的整车信号通过CAN总线传递给整车控制器。

整车控制器根据整车信息，并结合控制策略对数据进行分析和处理，电机控制器和电池管理系统收到控制指令后，根据电机和电池当前的状态信息，控制电机运转和电池放电。

分布式控制系统的优点是模块化和复杂度低；缺点是成本相对较高。

典型分布式整车控制系统示意图如下图所示，整车控制系统的顶层是整车控制器，整车控制器通过CAN总线接收电机控制器和电池管理系统的信息，并对电机控制器、电池管理系统和车载信息显示系统发送控制指令。

电机控制器和电池管理系统分别负责驱动电机和动力电池组的监控与管理，车载信息显示系统用于显示车辆当前的状态信息等。

典型分布式整车控制系统示意图下图为某公司开发的纯电动汽车整车控制器组成原理图。

纯电动汽车控制策略

能量流控制策略
在系统中;燃料电池是主能源，整车用电包括给Ni2Mh电池组充电几乎全部由其产生; Ni2Mh电池组为辅助能源，在燃料电池正常工作发出电能之前，由Ni2Mh电池组通过直流母线直接向燃料电池控制系统和其他用电设备(如车灯等)供电，待燃料电池正常起动完成并发出电能之后，主要由燃料电池经直流母线向外供电在负载较轻时，根据镍氢电池组的SOC值，也可给电池组充电; 在加速或者爬坡等重载情况下，镍氢电池组也与燃料电池一起向母线上的负载供电; 在电机制动时，回馈的能量可以设定的回馈深度经母线向蓄电池充电，实现能量的充分利用。可见通过燃料电池和镍氢电池的组合使用，既可以让燃料电池长时间高效、稳定向外供电，又能发挥镍氢电池组响应快、能量回馈容易等特点，以弥补燃料电池由于成本和体积等方面因素导致最大功率难以提高的不足和无法实现再生能量回收的缺陷。实现功率分配的另一个重要部件是DC/DC变换器，该系统中选用美国某的产品，不仅可以实现母线电压的恒定，而且可以通过CAN总线接收控制命令，调节燃料电池的功率输出，并发布各种相关状态信息。
能量流控制系统的工作原理
燃料电池汽车的能量流控制系统的工作原理框图如图2所示;其中，PL为电动机及其他用电设备的功率; PBAT为电池组功率，正值表示放电，负值表示充电; PFC为燃料电池的供电功率能量管理系统主要由能量流控制器燃料电池、Ni2Mh电池组、DC/DC变换器和CAN光纤总线等几个部分组成，粗实线箭头表示能量流动的方向。
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制动能回馈控制策略
在车速很低的爬行区;回馈能量与回馈路径能量损耗基本相抵，回馈效率很低且会明显影响驾驶员制动感觉，故不进行制动能量回馈在低速区,电机具有一定转速，施以较低制动转矩，尽量回收制动能量。高速区时车辆惯性动能很高，可以施加较高制动转矩而不影响驾驶员制动感觉。但由于缺少制动踏板开度信号，该策略的再生制动所占总制动比例较小，具体数值通过实车标定得到。为了保护动力蓄电池，回馈电流不能超过蓄电池最大充电电流，SOC过高时取消电机再生制动 ,因为很容易导致电池电压过高而且电池充电难度也