一、工作原理

通常情况下，在分布式电子电气架构的新能源汽车中，实现能量回收时的控制策略会由VCU实现，它负责整合和处理来自车辆各传感器的信息，并对车辆的运行状态进行全面控制和管理，其中能量回收功能便是其组成之一。

具体来说，VCU会根据车辆的实时工况，如车速、制动踏板位置、电池荷电状态、电池温度等信息，匹配以合适的能量回收策略，并通过调节驱动电机控制器（MCU）的工作状态，将车辆在制动或滑行时的动能转化为电能储存在电池中。

此过程中，MCU通过接收并执行VCU下发的具体指令，控制驱动电机在回收模式下工作，从而实现动能到电能的转换。此外，在好的能量回收策略中，BMS也会与VCU进行信息交互，以确保动力电池在能量回收过程中的安全性，如避免过充、保证动力电池的温度始终在适宜范围内等。通过VCU、MCU、BMS等节点的协同工作，确保了新能源汽车高效、安全的能量回收效果。

二、发生环节

在实现能量回收的过程中，其主要发生的驾驶环境有两种：其一是在制动减速时，即当驾驶员踩下制动踏板时，驱动电机将由驱动模式转为发电模式（软件实现过程如从原来的正扭矩改为负扭矩），此时能量回收系统开始工作，将车辆运动的动能转化为电能。

其二是在松开加速踏板车辆处于滑行状态时，即在非制动状态下，当驾驶员松开加速踏板时，车辆进入滑行模式，此时驱动电机也可进入发电机模式，进而回收车辆在惯性下滑行时的动能。

图1 能量回收环节

三、能量路径

在能量回收过程中，能量的来源是整车的动能，此动能首先经由驱动电机转换为电能后，再经过MCU的逆变器，将此由电机而来的交流电转为直流电以便动力电池的存储。过程中，BMS将监控动力电池状态并控制能量的充入速度和电池组各单元之间的均衡，确保回收的能量安全、有效地存储到电池组中。考虑到整车用电的实时性，在部分策略中，除了将能量进行存储外，还可被用于如空调、暖风等辅助系统，以提高整车的能源效率和续航里程。架构及回收能量路径示意如下：

图2 能量回收路径示意

四、能量回收策略

4.1.涉及节点

如上文所述，在能量回收过程中，主要涉及的相关节点有VCU、MCU、BMS以及制动系统，这些节点分别提供如下功能：

VCU：作为决策中心，收集并处理所有必要的参数信息，制定并执行能量回收策略。

MCU：接收VCU的指令，控制驱动电机在恰当的时候进入发电模式，实现能量回收。

BMS：监测电池状态并向VCU报告，确保在能量回收过程中电池不会过充或过热，同时参与电池均衡控制。

制动系统：在联合制动模式下与VCU协作，协调再生制动与传统摩擦制动的比例，确保刹车效果和能量回收效果的平衡。

4.2.系统参数

在不同的能量回收策略中，根据车辆的应用场景、定位的不同，对于能量回收的判断条件、参数可能存在差异，这里对较典型参数进行整理如下表：

表1 能量回收判断参数

4.3.系统交互流程

车辆的各传感器收集判断参数并将数据传送给VCU和BMS，VCU基于收集到的数据，计算最优的能量回收策略，并向MCU发出控制指令，指示驱动电机何时以及以何种程度进行能量回收，MCU在接到指令后，控制驱动电机由驱动模式转为发电状态，从而将动能转化为电能。

过程中，BMS监测动力电池状态，并向VCU反馈当前的SoC、温度等信息，且在必要时介入，以控制充电电流的大小。VCU根据实际回收效果和电池状态变化，不断调整回收策略，实现闭环控制。

4.4.策略关键

以安全、高效的能量回收为目的。由于此功能的实现主要由VCU完成，因此需要求VCU具备能量回收智能调节策略，即需要根据车辆实时行驶状态做出精确判断，动态调整能量回收的力度和策略，并可根据车辆制动强度和驾驶员意图智能切换回收等级，如在轻度制动时采用低回收等级，重度制动时采用高回收等级，从而实现舒适性与回收效率的平衡。

在回收力度的分级上，以如下例子示意：

初级回收力度（Level 1）：

当车辆正常行驶且车速较低（如<40km/h）时，驾驶员轻踩制动踏板或松开油门踏板滑行，VCU接收到信号后，初步判断为轻度能量回收，即设定回收力度为Level 1。此时，系统以较低的功率回收动能，以保持行车过程的平顺性，同时考虑到动力电池温度和SoC较为理想，则不需要特别限制回收力度。

中级回收力度（Level 2）：

当车速提高（如40-80 km/h）或制动踏板深度增加时，VCU根据算法判断为中度能量回收，此时将回收力度调至Level 2，相应的回收功率将增大。同时，VCU会密切关注电池的温度和SoC，如发现电池温度升高或SoC接近上限时，会适当降低回收力度以保护电池。

高级回收力度（Level 3）：

当车辆在高速行驶或急减速情况下，此时驾驶员可能会大力踩下制动踏板，VCU将此情况判定为重度能量回收，设置回收力度为Level 3，此状态下，系统将尽可能多地回收动能，同时结合车辆的ABS和ESC等系统，以确保行车安全。但如果此时动力电池温度即将超过阈值或SoC已近满状态，那么VCU会暂时降低或暂停能量回收，转而依赖机械制动系统。此策略下的简易代码示意如下：

图3 实现示例

示例案例共可分为四大关键部分：

1.安全性检查：函数检查了电池温度和荷电状态是否在安全范围内，如果电池温度超过最大安全值或荷电状态接近满电，为了避免电池过热或过充，能量回收被设置为关闭。

2.能量回收策略：对于低速且轻踩刹车的情况，采用轻度能量回收。中速和中等到强力度刹车时，采用中度能量回收。高速且强力度刹车时，额外检查电池状态是否允许重度回收，如果电池温度和荷电状态都处于安全范围内，采用重度能量回收，否则降级为中度回收，以保证电池安全。

3.默认行为：如果车辆状态不符合上述任何特定条件，代码默认采用轻度能量回收。

4.主函数示例：创建一个VehicleStatus实例来模拟当前车辆状态，并调用determine_recovery_level函数来决定能量回收策略。

在实现能量回收力度时，其算法设计思路有多种，如可基于PID控制，以实时调节驱动电机的功率，进而实现回收力度的精确控制，或采用模糊控制、滑模控制等控制策略，根据车辆当前状态参数进行实时调整。当然也可通过判断条件，在满足回收条件时通过单一力度对能量进行简单回收。总之，此过程的实现需结合实际应用进行。

为实现能量回收的安全有效，过程中BMS需具备对动力电池相关参数的精准监控，同时需具有预测电池衰减趋势等功能，以让系统可提前调整能量回收策略。

另外，为了实现能量回收的高效性，在进行热管理系统设计与开发时，尽可能将能量回收系统与电池、电机、电控等热源集成在同一热管理系统内，以确保能通过智能算法调度热能资源，可将回收的能量用于电池预热或空调系统，进而减少对外部能源的依赖。同时，在回收能量时，通过合理的利用冷却系统，以确保在回收高功率时动力电池不过热，并能通过回收的能量对其进行温度调控，以提高工作效率。

能量回收实现过程示意如下：

图4 能量回收实现过程示意

除常规的能量回收策略外，通过预测驾驶行为等先进技术，如采用导航、ADAS、路径规划等技术，提前预判驾驶员的行驶意图和道路状况（如下坡、红绿灯、拥堵等），据此智能调整能量回收力度，最大程度地回收可用能量，在实现安全驾驶的同时，实现能量的高效利用。