電動汽車再生制動能量回收系統研究

朱尚功　張磊

摘 要：電動汽車的續駛里程受電池容量的制約，再生制動能量回收系統是在不增加電池容量的基礎上增加續駛里程的有效方法之一，本文分析了再生制動能量回收系統的結構及原理，論述了制動能量回收系統的控制方式，說明了再生制動能量回收系統的基本要求。

關鍵詞：電池容量；續駛里程；能量回收

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.086

0 引言

能源危機目前是引發全社會廣泛關注的重點問題，作為新能源技術的電動汽車的研究越發成為解決能源危機的途徑之一。目前，電動汽車技術中對電池技術的研究仍然沒有在電池容量上有很大的突破，這也使得人們開始利用各種其他技術來突破電池容量不足的限制。再生制動能量回收系統就是人們利用電磁特性結合汽車制動原理的基礎開發而成的，它的出現在一定程度上提高了汽車能量的利用率，對于客服能源危機有著一定的現實意義 [1]。

再生制動制動能量回收，它的主根本理論依據來源于電磁感應原理，主要利用電機轉速的變化引起的電磁效應的變化在汽車減速或制動的同時將車輛減速時將一部分動能轉化為電能，這部分轉化來的電能被存儲起來，繼續供汽車使用，從而提高電動汽車的續航能力。

1 再生制動能量回收系統結構原理

電動汽車制動能量回收系統是指汽車減速制動時，通過與驅動軸相連的能量轉換裝置將一部分機械能轉化成其它形式的能量，并將轉化的能量儲存在儲存裝置中，如各種蓄電池、超級電容和高速飛輪，以供給電動汽車使用[1]。

電動汽車的能量轉換裝置為電機，儲能裝置為蓄電池。制動能量回收即是電動汽車制動控制系統通過對相關功率器件開關狀態的控制，使具有可逆作用的發電機/電動機的轉速、轉矩大小與方向發生改變，以此產生的電池效應實現汽車動能與電池電能的轉變，當汽車開始制動減速時，電機以發電機的形式工作而生成電能，起到給電池充電的效果，增加續駛里程。

電動汽車制動能量回收時，電機工作于再生制動運行狀態，在制動能量回收過程中，驅動輪通過主減速器以及變速箱帶動發電機/電動機一體機（ISG）旋轉，此時發電機/電動機一體機（ISG）作為電動機使用，由此產生的交流電先經AC/DC轉換器轉換為直流電，產生的直流電再經過DC/DC使其變為設計要求的電流狀態，以電能形式經過轉換器存儲到超級電容中[3].整個工作過程中再說制動控制器根據輸入制動/加速信號判斷汽車運行工況，按照預先設定的控制策略對整個回收過程加以控制。

2 再生制動能量回收控制方式

再生制動能量系統工作過程中，駕駛員踩下制動踏板從而提供制動信號，信號傳遞到整車電控單元，此外，整車電控單元還要采集車速信號與制動信號，對工況進行判斷后決定是否進行制動能量回收，與此同時分配制動能量回收時輔助制動力矩的大小（主要控制機械制動與電機制動的比例）。這樣的控制方式可實現車輛處于滑行狀態或制動減速時能量的回收[4]。

3 再生制動能量回收系統的要求

一般來說，制動能量回收系統的實現要滿足以下幾個要求[5]：

（1）考慮對汽車制動性能的要求，滿足駕駛人員駕駛習慣。

電動汽車制動系統一般包含機械制動與電磁制動兩種制動模式。制動過程中首先要保證電動汽車的制動安全性，在這種前提下確定兩種制動模式所占的比例大小，另外，整個制動過程中還要考慮能夠最大限度的回收制動能量。最后，制動過程中還應充分考慮電動汽車駕駛人的駕駛習慣和乘客的舒適性，盡量使駕駛人對制動踏板的感覺應盡可能與傳統的制動過程相近。

（2）考慮汽車發電機的特性要求。

在轉速不變的情況下，電機制動時產生的制動阻力矩、電機的發電功率和電機效率三者存在，即制動力矩：

，由此關系可知道，制動時產生的最大制動力矩受限于電機發電能力，制動力矩的最大值不可能超過當時轉速和功率下的電機發電能力。

當電動汽車保持在較高車速范圍內時，由發電機的特性曲線可知，電機是處于恒功率狀態，隨著電機轉速的升高，制動力矩越來越小，則此時制動能量回收能力也在逐漸降低。當電動汽車車速控制在中、低速范圍時，制動能量回收的力矩達到數據曲線中較大值范圍，伴隨著轉速的降低電動機功率隨之減小，隨著而來的結果就是再生制動能量回收系統的制動回收能力減弱。當車速繼續降低，達到特性曲線中最低車速范圍內時，電機上的反電勢過于微弱使得再生制動功能無法實現。

（3）考慮電池的電化學性能，確保充放電過程的安全性。

制動能量回收時，考慮到電池的電化學性能，若充電電流過大則會對蓄電池造成損壞，因而再生制動能量系統必須將工作過程中的充電電流保持在電池所能承受的最大電流范圍內。此外，電池的工作溫度也關系到電池的使用安全性，所以，再生制動能量回收系統工作過程中必須考慮蓄電池溫度低于允許工作溫度。

4 結論

本文分析了再生制動能量回收系統的結構及原理，主要研究了系統的具體工作過程，也對再生制動能量回收系統的控制方式進行了詳細說明，于此同時，文中也詳細的論述了再生制動能量回收系統的基本要求，對今后的再生制動能力回收系統的設計具有一定的現實意義。

參考文獻：

[1]盧有強.車輛制動能量回收裝置的研究[J].公路與汽運，2002（04）.

[2]張培斌.電動汽車再生制動控制的研究和仿真[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[3]趙軒.電動汽車制動能量回收系統仿真及控制器設計[D].西安， 長安大學，2010.

[4]陳清泉，孫逢春，祝嘉光.現代電動汽車技術[M].北京：北京理工大學出版社，2002：1-2.

[5]喬維高.電動車制動能量回收系統[J].汽車雜志，1994（07）.

作者簡介：朱尚功（1989-），男，山東泰安人，碩士，助教，主要從事車輛類相關教學工作。