新能源汽车VCU电控开发——能量回收模块

一、概述

VCU（Vehicle Control Unit，整车控制器）能量回收功能是新能源汽车（如纯电动汽车和混合动力汽车）中非常重要的一个环节。它主要是在车辆减速或制动过程中，将车辆的部分动能转化为电能，并存储在电池中，从而提高车辆的能量利用效率。能量回收的本质是根据整车状态计算出能量回收扭矩(TER，TorqueEnergyRecovery并进行输出，可分为能量回收使能(EnergyRecycleEnable)、能量回收扭矩请求(EnergyRecycleTorqueRequest)和能量回收扭矩限制(EnergyRecycleTorqueLimit)三个子模块。

能量回收使能模块是指 VCU 根据整车上电状态、车速、挡位、电池 SOC 值、ABS 状态、加速踏板状态和刹车状态等来判断是否进行能量回收;能量回收扭矩请求模块是指 VCU确定进行能量回收后，根据能量回收等级、能量回收模式、当前车速和挡位计算出的能量回收扭矩值;能量回收扭矩限制模块主要从 DCDC 和电池所允许的最大充电功率、电机特性两个方面对能量回收扭矩进行限制。

二、术语及缩写

三、功能要求

VCU 能量回收功能规范的功能要求通常包括以下几个方面：能量回收策略制定与执行、能量回收效率优化、系统协同与安全保障

1）能量回收策略制定与执行

滑行能量回收：当驾驶员松开加速踏板，车辆进入滑行状态时，VCU 应能根据车速、电池 SOC（State of Charge，荷电状态）等条件判断是否开启能量回收。例如，在较高车速下（如大于 30km/h），如果电池 SOC 低于设定阈值（如 80%），则开启一定强度的滑行能量回收。回收强度可以根据车辆的设计和驾驶模式的不同而有所变化，一般可以通过调整电机的发电扭矩来实现不同程度的能量回收。

制动能量回收：在车辆制动过程中，VCU 需要协调制动系统和驱动电机，实现制动能量回收。它要区分机械制动和电制动的比例，这通常通过制动踏板传感器来获取制动意图。例如，在轻踩制动踏板时，优先使用电制动进行能量回收；当制动踏板行程较大，需要更大的制动力时，机械制动和电制动同时工作，并且随着制动强度的增加，机械制动的比例逐渐增大，电制动的比例相应减小，以保证车辆的制动安全。

2）能量回收效率优化

VCU 应确保能量回收系统具有较高的回收效率。这涉及到电机的发电效率、传动系统的能量传递效率以及电池的充电效率等多个环节。例如，电机在发电过程中会有能量损耗，一般高效的电机发电效率能达到 80% - 90% 左右。VCU 需要通过优化控制策略，如调整电机的转速 - 扭矩工作点，使电机工作在高效发电区域，从而提高整体的能量回收效率。同时，传动系统的设计也很关键，低摩擦的传动部件有助于减少能量损失。

3）系统协同与安全保障

与动力系统协调：VCU 要与驱动电机紧密配合。在能量回收过程中，驱动电机从驱动状态切换到发电状态，VCU 需要准确控制电机的扭矩反转时间和大小。例如，在从加速状态突然转换到滑行能量回收状态时，VCU 要确保电机扭矩的平稳过渡，避免车辆出现顿挫感。同时，对于混合动力汽车，还需要协调发动机和电机之间的工作模式，当发动机工作时，也要考虑如何合理地利用电机进行能量回收。

与电池管理系统协调：能量回收的电能要存储到电池中，VCU 需要和电池管理系统（BMS）通信。BMS 负责监控电池的状态，如电池温度、SOC 等。VCU 在进行能量回收时，要根据 BMS 提供的信息，判断电池是否能够接收回收的电能。例如，如果电池温度过高（如超过 45℃）或者 SOC 已经接近满电状态（如大于 95%），VCU 应该减少或停止能量回收，以保护电池的安全和寿命。

四、系统组成

硬线信号

总线信号

部件功能说明

4.1能量回收功能

4.11滑行能量回收

接口信号

1）输入量

2）输出量

3）标定量

滑行扭矩控制

滑行能量回收扭矩根据车速查表获得，在不同车辆模式下，需查不同的 Map以保障不同的动力性和经济性需求。为保证驾驶平顺性，低车速时回收扭矩较小，随车速增大回收扭矩逐渐增大，车速达到一定值后，滑行能量回收扭矩不再增大（滑行能量回收 Map 中体现）。

4.12制动能量回收

接口信号

1）输入量：

2）输出量：

3）标定量：

4.2matlab搭建模型

根据功能规范我们在Simulink中搭建模型

能量回收触发条件模型：

能量回收限制模块模型：

能量回收计算模块模型：

来源：新能源汽车电控开发与测试