CN105904972A - 一种电动汽车制动能量回收系统和回收方法与电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式公开了一种电动汽车制动能量回收系统和回收方法与电动汽车。该系统包括：信号采集单元，用于采集制动踏板开度信号和驱动电机转速；整车控制器，用于判断所述制动踏板开度信号是否大于预先设定的开度门限值，如果不大于，控制所述制动器不制动，基于所述制动踏板开度信号和所述驱动电机转速计算第一制动扭矩值，并将所述第一制动扭矩值传输到电机控制器；电机控制器，用于控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第一制动扭矩值的充电电流。

Description

一种电动汽车制动能量回收系统和回收方法与电动汽车

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，更具体地，涉及一种电动汽车制动能量回收系统和回收方法与电动汽车。

背景技术

能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈，给人们的生活带来巨大影响，直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车，被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势，在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下，有效地提高了燃油经济性，降低了排放，被认为是当前节能和减排的有效路径之一。

制动性能是汽车的重要性能指标之一，直接关系到交通安全。再生能量回馈和利用的前提是保证安全性。除了可提高能量利用率之外，再生制动能量回收的优点还包括减小机械、液压等制动方式的机械磨损，实现更加精确的制动控制，以及降低传统汽车制动过程中因温度升高而产生的制动热衰退现象等。

发明内容

本发明的目的是提出一种电动汽车制动能量回收系统和回收方法与电动汽车，从而回收制动能量。

根据本发明实施方式的一方面，提出一种电动汽车制动能量回收系统，所述电动汽车包含驱动电机、电池和制动器，该系统包括：

信号采集单元，用于采集制动踏板开度信号和驱动电机转速；

整车控制器，用于判断所述制动踏板开度信号是否大于预先设定的开度门限值，如果不大于，控制所述制动器不制动，基于所述制动踏板开度信号和所述驱动电机转速计算第一制动扭矩值，并将所述第一制动扭矩值传输到电机控制器；

电机控制器，用于控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第一制动扭矩值的充电电流。

优选地，所述整车控制器，还用于当所述制动踏板开度信号大于所述开度门限值时，控制所述制动器制动，基于所述开度门限值和所述驱动电机转速计算第二制动扭矩值，并将所述第二制动扭矩值传输到所述电机控制器；

所述电机控制器，还用于控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第二制动扭矩值的充电电流。

优选地，所述整车控制器，还用于确定对应于所述电池的最大充电电流的第三制动扭矩值，并当所述第一制动扭矩值大于所述第三制动扭矩值时，在将所述第一制动扭矩值传输到电机控制器之前，利用所述第三制动扭矩值更新所述第一制动扭矩值。

优选地，整车控制器，还用于确定对应于所述电池的最大充电电流的第三制动扭矩值，并当所述第二制动扭矩值大于所述第三制动扭矩值时，在将所述第二制动扭矩值传输到电机控制器之前，利用所述第三制动扭矩值更新所述第二制动扭矩值。

优选地，所述制动器包括：鼓式制动器、钳盘式制动器或全盘式制动器。

根据本发明实施方式的另一方面，提出一种电动汽车，包括如上任一项所述的电动汽车制动能量回收系统。

根据本发明实施方式的另一方面，提出一种电动汽车制动能量回收方法，所述电动汽车包含驱动电机、电池和制动器，该方法包括：

采集制动踏板开度信号和驱动电机转速；

判断所述制动踏板开度信号是否大于预先设定的开度门限值，如果不大于，控制所述制动器不制动，基于所述制动踏板开度信号和所述驱动电机转速计算第一制动扭矩值；

控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第一制动扭矩值的充电电流。

优选地，该方法还包括：

当所述制动踏板开度信号大于所述开度门限值时，控制所述制动器制动，基于所述开度门限值和所述驱动电机转速计算第二制动扭矩值；

控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第二制动扭矩值的充电电流。

优选地，在控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第一制动扭矩值的充电电流之前，该方法还包括：

确定对应于所述电池的最大充电电流的第三制动扭矩值，并当所述第一制动扭矩值大于所述第三制动扭矩值时，利用所述第三制动扭矩值更新所述第一制动扭矩值。

优选地，在控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第二制动扭矩值的充电电流之前，该方法还包括：

确定对应于所述电池的最大充电电流的第三制动扭矩值，并当所述第二制动扭矩值大于所述第三制动扭矩值时，利用所述第三制动扭矩值更新所述第二制动扭矩值。

从上述技术方案可以看出，信号采集单元采集制动踏板开度信号和驱动电机转速；整车控制器判断制动踏板开度信号是否大于预先设定的开度门限值，如果不大于，控制制动器不制动，基于制动踏板开度信号和驱动电机转速计算第一制动扭矩值；电机控制器控制驱动电机反转及向电池输出对应于第一制动扭矩值的充电电流。由此可见，应用本发明之后，制动器一开始并不参与制动，电机控制器控制驱动电机反转以在制动过程中高效率地回收制动能量为电池充电。

而且，随着制动踏板被深踩，制动器开始执行制动，电机控制器继续控制驱动电机反转以继续为电池充电。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为根据本发明电动汽车制动能量回收系统的结构图。

图2为制动踏板开度信号采集示意图。

图3为根据本发明的制动行程示范性示意图。

图4为根据本发明电动汽车制动能量回收方法流程图。

图5为根据本发明电动汽车制动能量回收方法的示范性流程图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

电动汽车的制动过程会产生大量的制动能量。本发明提出的电动汽车制动能量回收系统，利用制动过程中产生的制动能量给电动汽车的电池充电，从而节约能源。

图1为根据本发明电动汽车制动能量回收系统的结构图。电动汽车包含驱动电机201、电池202和制动器203。

如图1所示，该系统100包括：

信号采集单元101，用于采集制动踏板开度信号和驱动电机转速；

整车控制器102，用于判断制动踏板开度信号是否大于预先设定的开度门限值，如果不大于，控制制动器203不制动，基于制动踏板开度信号和驱动电机转速计算第一制动扭矩值，并将第一制动扭矩值传输到电机控制器103；

电机控制器103，用于控制驱动电机201反转及向电池202输出对应于第一制动扭矩值的充电电流。

图2为制动踏板开度信号采集示意图。在图2中，驾驶员踩下制动踏板，制动踏板从原始位置移动到当前位置。信号采集单元101通过采集当前位置与原始位置之间的行程变化，确定制动踏板开度。

信号采集单元101还采集驱动电机201的转速。信号采集单元101将制动踏板开度信号和驱动电机转速发送到整车控制器102。

在整车控制器102中设置有开度门限值。整车控制器102判断信号采集单元101发送来的制动踏板开度信号是否大于该开度门限值，如果不大于，认定无需紧急制动，因此控制制动器203不制动。同时，整车控制器102基于制动踏板开度信号和驱动电机转速，依据驱动电机扭矩特性计算出第一制动扭矩值(即为能量回收扭矩)，并将第一制动扭矩值传输到电机控制器103。电机控制器103控制驱动电机201反转并励磁输出对应于第一制动扭矩值的充电电流，从而给电池202充电。随着驱动电机201的反转，电动汽车也被制动。

可以基于制动踏板总行程以及用户的使用习惯确定开度门限值。优选地，开度门限值可以设置为制动踏板总行程的1/3左右。假定制动踏板总行程为15厘米，开度门限值可以设置为5厘米。假定制动踏板总行程为12厘米，开度门限值可以设置为4厘米；等等。

当制动踏板开度信号小于或等于开度门限值时，车辆处于第一制动行程，此时仅有驱动电机反转提供制动力；当制动踏板开度信号大于开度门限值时，车辆处于第二制动行程，此时驱动电机反转提供制动力，而且制动器还提供制动力。

具体地，在第一制动行程中，整车控制器102计算第一制动扭矩值的过程包括：对于每个预设的驱动电机转速，基于驱动电机扭矩特性预先标定出制动踏板开度信号与能量回收扭矩的对应关系；当整车控制器102接收到制动踏板开度信号和驱动电机转速之后，再基于该对应关系确定出能量回收扭矩(即第一制动扭矩值)。

比如，假定制动踏板总行程为15厘米，开度门限值为5厘米，驱动电机转速为2000rpm(转/每分钟)时的最大扭矩为100牛米。此时，对于驱动电机转速为2000rpm，预先标定的制动踏板开度信号与能量回收扭矩的对应关系包括：当踏板开度信号为1厘米时，对应的能量回收扭矩为20牛米；当踏板开度信号为2厘米时，对应的能量回收扭矩为40牛米；依此类推，当踏板开度信号为5厘米时，对应的能量回收扭矩为100牛米。类似地，对于驱动电机的其它转速，也可以预先标定出制动踏板开度信号与能量回收扭矩的对应关系。

此时，当整车控制器102接收的驱动电机转速为2000rpm，踏板开度信号为2厘米时，整车控制器102基于该对应关系，即可以确定出能量回收扭矩(即第一制动扭矩值)为40牛米。

以上以开度门限值、驱动电机转速和能量回收扭矩的具体数值，详细阐述了计算第一制动扭矩值的示范性过程。本领域技术人员可以意识到，这种数值描述仅是示范性的，并不用于限定本发明的保护范围。

可见，当制动踏板开度信号不大于开度门限值时，制动器203不制动，驱动电机201反转以提供制动，而且驱动电机201在制动过程中为电池202充电。在这一过程中，作为机械制动装置的制动器203没有参与制动。因此，扣除驱动电机反转制动过程中所产生的摩擦热量，剩余的制动能量都可以转化为给电池202充电的电能，从而可以高效率地回收制动能量为电池充电。

在本发明中，在制动器203不参与制动且驱动电机反转的制动能量回收过程中进一步考虑电池过充电流限制，从而防止在充电过程对电池造成损害。

在一个实施方式中，整车控制器102，还用于确定对应于电池202的最大充电电流的第三制动扭矩值，并当第一制动扭矩值大于第三制动扭矩值时，在将第一制动扭矩值传输到电机控制器103之前，利用第三制动扭矩值更新第一制动扭矩值。也就是说，当第一制动扭矩值大于第三制动扭矩值时，整车控制器102发送给电机控制器103的第一制动扭矩值即为第三制动扭矩值，从而避免充电电流大于电池202所能承受的最大充电电流。

在这里，整车控制器102确定对应于电池202的最大充电电流的第三制动扭矩值的具体包括：基于电池厂家提供的驱动电机性能参数，在整车控制器102中预先存储驱动电机反转时充电电流与制动扭矩值的对应关系；基于该对应关系确定出对应于最大充电电流的第三制动扭矩值。

当第一制动扭矩值不足以满足驾驶员的制动意图时，驾驶员继续踩下制动踏板，随着制动踏板继续深踩，制动踏板开度信号将大于开度门限值，此时制动器203将参与制动，而且驱动电机201继续反转以进一步提供制动。驱动电机201依然在制动过程中为电池202充电。

在一个实施方式中，整车控制器102，还用于当制动踏板开度信号大于开度门限值时，控制制动器200制动，基于开度门限值和驱动电机转速，依据驱动电机扭矩特性计算第二制动扭矩值，并将第二制动扭矩值传输到电机控制器103。

电机控制器103，用于控制驱动电机201反转及向电池202输出对应于第二制动扭矩值的充电电流。

类似地，在第二制动行程中，整车控制器102计算第二制动扭矩值的过程包括：对于每个预设的驱动电机转速，基于驱动电机扭矩特性预先标定出制动踏板开度信号与能量回收扭矩的对应关系；当整车控制器102接收到制动踏板开度信号和驱动电机转速之后，再基于该对应关系确定出能量回收扭矩，即为第二制动扭矩值。

比如，假定制动踏板总行程为15厘米，开度门限值为5厘米，驱动电机转速为2000rpm(转/每分钟)时的最大扭矩为150牛米。此时，对于驱动电机转速为2000rpm，预先标定的制动踏板开度信号与能量回收扭矩的对应关系包括：当踏板开度信号为6厘米时，对应的能量回收扭矩为60牛米；当踏板开度信号为7厘米时，对应的能量回收扭矩为70牛米；依此类推，当踏板开度信号为15厘米时，对应的能量回收扭矩为150牛米。类似地，对于驱动电机的其它转速，也可以预先标定出制动踏板开度信号与能量回收扭矩的对应关系。

此时，当整车控制器102接收的驱动电机转速为2000rpm，踏板开度信号为10厘米时，整车控制器102即可以确定出能量回收扭矩(即第三制动扭矩值)为100牛米。

可选地，只要制动踏板开度信号大于开度门限值，第三制动扭矩值即被确定为对应于驱动电机转速的最大扭矩，从而保证可以提供最大的制动力。比如，对于驱动电机转速为2000rpm，此时预先标定的制动踏板开度信号与能量回收扭矩的对应关系包括：当踏板开度信号为6厘米时，对应的扭矩为150牛米；当踏板开度信号为7厘米时，对应的扭矩为150牛米；依此类推，当踏板开度信号为15厘米时，对应的扭矩同样为150牛米。

以上以开度门限值、驱动电机转速和能量回收扭矩的具体数值，详细阐述了计算第二制动扭矩值的示范性过程。本领域技术人员可以意识到，这种数值描述仅是示范性的，并不用于限定本发明的保护范围。

可见，当制动踏板开度信号大于开度门限值时，制动器203发挥制动作用，而且驱动电机201反转以进一步提供制动。在这一过程中，作为机械制动装置的制动器203参与制动。由于制动器203和驱动电机201都可以提供制动，因此制动效果更显著。而且，驱动电机201在制动过程中为电池202充电。扣除驱动电机制动过程中所产生的摩擦热量以及制动器203制动过程中所产生的摩擦热量，剩余的制动能量可以转化为给电池202充电的电能。

在本发明中，在制动器203参与制动且驱动电机反转的制动能量回收过程中进一步考虑电池过充电流限制，从而防止在充电过程对电池造成损害。

整车控制器102，还用于确定对应于电池202的最大充电电流的第三制动扭矩值，并当第二制动扭矩值大于第三制动扭矩值时，在将第二制动扭矩值传输到电机控制器103之前，利用第三制动扭矩值更新第二制动扭矩值。也就是说，当第二制动扭矩值大于第三制动扭矩值时，整车控制器102发送给电机控制器103的第二制动扭矩值即为第三制动扭矩值，从而避免充电电流大于电池202所能承受的最大充电电流。类似地，整车控制器102确定对应于电池202的最大充电电流的第三制动扭矩值的具体包括：基于电池厂家提供的驱动电机性能参数，在整车控制器102中预先存储驱动电机反转时充电电流与制动扭矩值的对应关系；基于该对应关系确定出对应于最大充电电流的第三制动扭矩值。

优选地，基于具体工作环境和驾驶员的个人习惯，制动踏板的开度门限值是可调整的。

优选地，制动器200可以实施为鼓式制动器、钳盘式制动器或全盘式制动器，等等。以上详细罗列了制动器200的具体实施方式，本领域技术人员可以意识到，这种描述是示范性的，并不用于限定本发明的保护范围。

图3为根据本发明的制动行程示范性示意图。

由图3可见，在制动踏板的上止点与制动踏板门限点(对应于开度门限值)之间，由驱动电机单独制动。在制动踏板门限点与制动踏板的下止点之间，驱动电机反转提供制动，而且制动器同时提供机械制动。

基于上述分析，本发明还提出了一种电动汽车制动能量回收方法。

图4为根据本发明电动汽车制动能量回收方法流程图。该电动汽车包含驱动电机、电池和制动器，

如图4所示，该方法包括：

步骤401：采集制动踏板开度信号和驱动电机转速；

步骤402：判断制动踏板开度信号是否大于预先设定的开度门限值，如果不大于，控制制动器不制动，基于制动踏板开度信号和驱动电机转速计算第一制动扭矩值；

步骤403：控制驱动电机反转及向电池输出对应于第一制动扭矩值的充电电流。

在一个实施方式中，该方法还包括：当制动踏板开度信号大于开度门限值时，控制制动器制动，基于开度门限值和驱动电机转速计算第二制动扭矩值；控制驱动电机反转及向电池输出对应于第二制动扭矩值的充电电流。

在一个实施方式中，在控制驱动电机反转及向电池输出对应于第一制动扭矩值的充电电流之前，该方法还包括：计算对应于电池的最大充电电流的第三制动扭矩值，并当第一制动扭矩值大于第三制动扭矩值时，利用第三制动扭矩值更新第一制动扭矩值。

在一个实施方式中，在控制驱动电机反转及向电池输出对应于第二制动扭矩值的充电电流之前，该方法还包括：确定对应于电池的最大充电电流的第三制动扭矩值，并当第二制动扭矩值大于第三制动扭矩值时，利用第三制动扭矩值更新第二制动扭矩值。

基于上述分析，图5为根据本发明电动汽车制动能量回收方法的示范性流程图.

如图5所示，该方法包括：

步骤501：采集制动踏板开度信号和驱动电机转速。

步骤502：判断制动踏板开度信号是否大于预先设定的开度门限值，如果是，则执行步骤507及其后续步骤，否则执行步骤503及其后续步骤。

步骤503：控制驱动器不制动，基于制动踏板开度信号和驱动电机转速计算出第一制动扭矩值。

步骤504：判断第一制动扭矩值是否大于电池最大充电电流所对应的第三制动扭矩值，如果是，执行步骤505及其后续步骤，否则执行步骤506并结束本流程。

步骤505：利用第三制动扭矩值更新第一制动扭矩值。

步骤506：控制驱动电机反转并向电池输出对应于第一制动扭矩值的充电电流，并结束本流程。

步骤507：控制驱动器制动，基于制动踏板开度信号和驱动电机转速计算出第二制动扭矩值。

步骤508：判断第二制动扭矩值是否大于电池最大充电电流所对应的第三制动扭矩值，如果是，执行步骤509及其后续步骤，否则执行步骤510并结束本流程。

步骤509：利用第三制动扭矩值更新第二制动扭矩值。

步骤510：控制驱动电机反转并向电池输出对应于第二制动扭矩值的充电电流，并结束本流程。

综上所述，在本发明实施方式中，信号采集单元采集制动踏板开度信号和驱动电机转速；整车控制器判断制动踏板开度信号是否大于预先设定的开度门限值，如果不大于，控制制动器不制动，基于制动踏板开度信号和驱动电机转速计算第一制动扭矩值；电机控制器控制驱动电机反转及向电池输出对应于第一制动扭矩值的充电电流。由此可见，应用本发明之后，制动器一开始并不参与制动，电机控制器控制驱动电机反转以在制动过程中高效率地回收制动能量为电池充电。

而且，随着制动踏板被深踩，制动器执行制动，电机控制器继续控制驱动电机反转以继续为电池充电。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车制动能量回收系统，所述电动汽车包含驱动电机、电池和制动器，其特征在于，该系统包括：

信号采集单元，用于采集制动踏板开度信号和驱动电机转速；

整车控制器，用于判断所述制动踏板开度信号是否大于预先设定的开度门限值，如果不大于，控制所述制动器不制动，基于所述制动踏板开度信号和所述驱动电机转速计算第一制动扭矩值，并将所述第一制动扭矩值传输到电机控制器；

电机控制器，用于控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第一制动扭矩值的充电电流。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述整车控制器，还用于当所述制动踏板开度信号大于所述开度门限值时，控制所述制动器制动，基于所述开度门限值和所述驱动电机转速计算第二制动扭矩值，并将所述第二制动扭矩值传输到所述电机控制器；

所述电机控制器，还用于控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第二制动扭矩值的充电电流。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述整车控制器，还用于确定对应于所述电池的最大充电电流的第三制动扭矩值，并当所述第一制动扭矩值大于所述第三制动扭矩值时，在将所述第一制动扭矩值传输到电机控制器之前，利用所述第三制动扭矩值更新所述第一制动扭矩值。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

整车控制器，还用于确定对应于所述电池的最大充电电流的第三制动扭矩值，并当所述第二制动扭矩值大于所述第三制动扭矩值时，在将所述第二制动扭矩值传输到电机控制器之前，利用所述第三制动扭矩值更新所述第二制动扭矩值。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制动器包括：鼓式制动器、钳盘式制动器或全盘式制动器。

6.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的电动汽车制动能量回收系统。

7.一种电动汽车制动能量回收方法，所述电动汽车包含驱动电机、电池和制动器，其特征在于，该方法包括：

采集制动踏板开度信号和驱动电机转速；

判断所述制动踏板开度信号是否大于预先设定的开度门限值，如果不大于，控制所述制动器不制动，基于所述制动踏板开度信号和所述驱动电机转速计算第一制动扭矩值；

控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第一制动扭矩值的充电电流。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

当所述制动踏板开度信号大于所述开度门限值时，控制所述制动器制动，基于所述开度门限值和所述驱动电机转速计算第二制动扭矩值；

控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第二制动扭矩值的充电电流。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第一制动扭矩值的充电电流之前，该方法还包括：

确定对应于所述电池的最大充电电流的第三制动扭矩值，并当所述第一制动扭矩值大于所述第三制动扭矩值时，利用所述第三制动扭矩值更新所述第一制动扭矩值。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在控制所述驱动电机反转及向所述电池输出对应于所述第二制动扭矩值的充电电流之前，该方法还包括：

确定对应于所述电池的最大充电电流的第三制动扭矩值，并当所述第二制动扭矩值大于所述第三制动扭矩值时，利用所述第三制动扭矩值更新所述第二制动扭矩值。