张超
东风小康汽车有限公司
摘要：低碳化、节能降耗是全球汽车产业长期关注的关键技术方向之一，目前各国车企正多管齐下，加紧推进不同技术路线的发展进步，随着我国油耗排放及双积分法规要求的不断加严，节能汽车发展较快，乘用车新车平均油耗逐年下降，不断向目标值靠近；新能源汽车进入全新平台开发阶段，逐步实现部件协同化、整车轻量化、整车架构高效化。通过迭代升级，整车能耗、续驶里程、智能化应用等综合性能实现全面进步，产品竞争力显著提高，整车部件如何高效协同、能量如何高效管理与应用成为节能降耗的关键技术之一。
关键词：新能源汽车；PHEV；EV；能量管理；能量流；电池管理；热管理；能量回收
1 前言
新能源汽车以非传统 燃料为动力源，综合考虑汽车动力控制和驱动形成先进技术，形成了先进的技术，新技术，新结构的汽车。新能源汽车目前主要有插电式混合动力汽车（PHEV）和纯电动汽车（EV）, 能量管理控制是新能源汽车开发的关键技术之一，其设计的目的是满足车辆行驶需求前提下，根据关键部件性能特征与车辆行驶工况，利用新能源汽车的节能原理和技术，充分合理的利用能量，发挥节能潜力，使整车能效达到最优。本文主要围绕新能源汽车整车能量流及能量管理展开分析。
2 能量流概述
2.1纯电动汽车能量流
纯电动汽车（EV）驱动动力来源为动力蓄电池，动力蓄电池的电能经过配电分配到各个用电部件，如驱动电机、空调及加热器等，到驱动电机后转换成动能驱动车辆，到加热器后转换成热能给乘员舱加热；车辆的动能可以通过能量回收模式经减速器传递至电机，再到电控转换成电能经配电回馈给电池充电。图1为纯电动汽车（EV）能量流示意图。
图1 纯电动汽车（EV）能量流示意图
2.2插电式混合动力汽车（PHEV）能量流
PHEV车型由于匹配了多动力源能量耦合系统，相比传统内燃机汽车和EV车型，能量流更加复杂，在满足整车功率需求时也更具有灵活性。为了合理的对多动力源能量耦合系统进行管理，通过设置能量管理控制策略对多动力源的功率或转矩进行分配、对机械制动和电能量回收进行协调，在保证车辆动力性、安全性及舒适性的基础上，提升系统效率，改善车辆的节能减排性能。图2为插电式混合动力汽车（PHEV）能量流示意图。
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图2 插电式混合动力汽车（PHEV）能量流示意图
2.3 不同模式能量流分析
以插电式混合动力汽车（PHEV）为例，分别分析车辆在不同模式下整车的能量流。
2.3.1 纯电驱动模式
纯电驱动模式下，发动机不工作，车辆动力由动力蓄电池提供，再经电机驱动车辆，如图3所示。
2.3.2 燃油驱动模式
燃油驱动模式下，动力蓄电池不工作，车辆动力由发动机提供，经由变速箱驱动车辆，如图4所示。
2.3.3 混合动力驱动模式
混合动力驱动模式下，动力蓄电池和发动机同时工作，车辆动力由发动机和动力蓄电池提供，两种动力耦合驱动车辆，如图5所示。
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2.3.4 能量回收模式
车辆在滑行或制动时，车辆的动能可以通过能量回收模式经减速器传递至电机，再到电控转换成电能经配电回馈给电池充电，如图6所示。
2.3.5 发电模式
车辆在静止状态下，发动机带动电机给动力蓄电池充电，如图7所示。
2.3.6 发动机启动
车辆在静止状态下，电机带动发动机启动过程能量流如图7所示。
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3能量管理
3.1电池充放电管理
电池是新能源汽车动力输出的核心零部件，由于动力蓄电池一般是由多节单体电芯进行串、并联组合而成，电芯单体的电压、内阻、温度等关键参数一致性差异，所以在充、放电过程中要进行实时监控，是保证电池组在安全的工作区间内，在出现异常时及时响应并进行处理，也会根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有控制动力电池的输入输出功率，电池参数监测、电量估算、故障诊断、充放电控制、均衡、热管理等。
行车驱动时，VCU采集油门信号，判断扭矩需求，计算功率需求，发送指令给BMS,BMS根据电池的当前状态，如SOC、温度、SOP、电压等，计算电池的输出能力反馈给VCU，VCU根据电池的输出能力发送允许的驱动功率给MCU，MCU控制电机输出驱动车辆，在这个过程中，BMS需要实时监控电池的各项参数，动态调整动力电池输出功率，确保动力电池在安全的工作区间。同样的，车辆在充电时，BMS也需要实时监控电池的各项参数，动态调整动力电池输入功率。
3.2 能量回收
能量回收，对于新能源汽车而言，是指在减速或制动过程中，驱动电机工作于发电状态，将车辆的部分动能转化为电能储存于电池中，同时施加电机回馈转矩于驱动轴，对车辆进行制动。一方面增加了新能源汽车一次充电的续驶里程，另一方面减少了传统制动器的磨损，同时还改善了整车动力学的控制性能，对提升整车经济学具有重大意义。
3.2.1滑行能量回收
车辆处于滑行状态时，驱动电机处于被反拖发电的状态，VCU根据电池最大允许充电功率、电机最大允许回馈扭矩、电机转速、高压附件消耗功率等计算出动力系统最大允许回收扭矩，根据拖滞阻力矩、损失阻力矩及动力系统最大允许回收扭矩计算得出滑行能量回收扭矩
3.2.2制动能量回收
车辆行驶过程中，当驾驶员踩下制动踏板时，VCU根据制动踏板位置与电机最大允许的制动扭矩计算出司机所需求的制动扭矩，同时与根据电池的SOC、电压、电流、最大充电电流和电压、电池管理系统故障等计算出电池最大允许的充电功率，以保证整车的功率不能超出电池的最大允许充电功率，根据电机的转速得出整车所
允许的最大制动扭矩,取两者最小值最终得到电机制动回馈扭矩。
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图9 制动能量回馈控制策略图
3.3 热管理
目前国内以锂电池为动力的新能源汽车占比逐年增加，锂电池的工作特性受温度影响较大，因此新能源汽车对于工作环境的温度要求更加严格。过高或过低的环境温度将显著影响车辆的续航里程以及电池寿命，冬天里程下降严重，夏天控制不当甚至会引起热失衡起火，新能源汽车相对传统热油动力的汽车热管理显得更为重重。新能源汽车热管理涉及动力电池、成员舱、电机以及功率模块等零部件，是一个复杂的系统，如何合理应用整车能量，提升整车经济效益是一个复杂的课题，如下图10所示，某插电式混合动力汽车的热管理原理图，充分利用发动机余热，给动力电池加热，并且可以给乘员舱制热，降低了能耗，提升整车经济性。
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图10 新能源汽车热管理原理图
4、结束语
在不断加严的汽车燃料消耗、污染物排放以及碳排放控制法规的背景下，汽车产品结构正由传统内燃机占绝对主导的格局，进入到诸多技术并存的动力多元化时代，新能源汽车销量在逐年提升，同时，新能源汽车的能耗指标要求越来越高，需要多维度、多方面的研究论证能量利用率的提升，才能确保能耗满足相关政策与法规的要求。
参考文献
[1]杜爽.双能量源纯电动汽车能量管理关键技术的研究[D].吉林大学，2015.
[3]曾凡飞.纯电动汽车能量管理系统关键技术研究[D].北京工业大学，2012.
[4]节能与新能源汽车技术路线图2.0，中国汽车工程学会，2020.