電動汽車再生制動技術淺析

史宏宇

摘 要 隨著石油等不可再生能源日益短缺、全球氣候變暖、空氣惡化等問題的出現，提高能量利用率，降低排放的任務迫在眉睫。對于電動汽車而言，再生制動技術的應用將有利于上述問題的解決。本文介紹了目前再生制動制動技術的發展現狀、工作原理及儲能方式，并且展望了再生制動技術的發展前景。

關鍵詞 再生制動 能量回收 電動汽車

一、引言

電動汽車再生制動系統是電動汽車研究領域的關鍵技術之一。再生制動系統使電動汽車在制動過程中將汽車的動能收集并且儲存起來。驅動電機在這個時候被系統控制成為發電機，從而將汽車動能轉化為電能。再生制動系統是提高電動汽車續航里程的一個有效方式。

二、技術概述

（一）基本原理

再生制動是汽車在一些減速制動工況下行駛時，可以通過能量轉換裝置將部分制動能量轉換為其他形式的能量儲存起來，這些能量可以在驅動汽車時再次被利用。在現有儲能裝置發展不完善的情況下，再生制動可以提高電動汽車的能量利用率，對解決電動汽車的續航里程問題起著至關重要的作用。電動汽車再生制動系統一般由制動系統控制器、操縱機構、電機制動系統、機械制動系統和能量儲存系統組成。

在電動汽車行駛時，當駕駛員向整車控制器發出制動命令時，確定汽車工作在再生制動模式下，此時電機則以發電機的形式工作將產生的電量傳遞到儲能裝置，且反向的電樞電流會產生有利于汽車制動的轉矩，與機械摩擦相互配合共同降低車速。

高頻開關安裝在電機電樞的兩側，讓電路以高頻率的形式接通或斷開，產生感應電勢E和感應電流I2；當電動汽車處于制動狀態時，電機和開關S構成閉合回路，感應電流則為制動電流I1；當開關S斷開后，電流變化率迅速增大，感應電動勢E也立即增大，當達到E>U時，電流方向變為從電機到蓄電池，電池則進入充電狀態，這樣就實現了電流回饋，此時的回饋電流大小為I2。

（二）工作方式

制動能量的回收越多越好，理論上單純使用再生制動可以做到讓每次制動產生的能量都能被回收，但再生制動力矩受到很多條件限制，為確保制動的穩定性，還需要加上原有的機械摩擦制動系統，一起構成混合制動機構。混合制動機構按照兩者作用的方式可以分為串聯制動和并聯制動模式。串聯制動的工作方式是隨整車制動力的大小而變化的，始終堅持再生制動優先性的原則。并聯制動是再生制動力與機械摩擦制動力之間始終按一固定比例分配，在參與工作時具有同時性。并聯制動與串聯制動相比，能量利用率較低，回收的能量相對較少。但并聯制動也有其優勢，它只需在原有的機械式制動系統上進行改動，結構較為簡單，制造成本低。

（三）儲能方式

第一，利用動力蓄電池吸收制動能量：此種方案常用在電動汽車或混合動力電車上，電儲能方式能量吸收和釋放時無污染、行車噪聲小、能量轉化率高且結構簡單緊湊易于保養和維護。但是在放電過程中，隨著放電電流增大，鋰離子蓄電池溫度升高，使蓄電池容量降低。因此此種方式在電動汽車上應用尚不成熟。

第二，超級電容：超級電容憑借其功率密度高，充電速度快，壽命長，效率高以及低溫性能好等優點，被普遍認為是純電動汽車領域中頗具潛力的技術。但是其能量密度較低，作為汽車單一能量來源會造成體積和重量過大，且增加成本。所以，超級電容作為輔助動力源較為合適。

第三，液壓儲能：相比于大型車輛，小型電動汽車由于質量較小，液壓蓄能器的體積和液壓傳動系統做得較小即可滿足使車輛從靜止起步加速到一定值的要求。利用液壓儲能技術，可以讓蓄電池保持在良好的工作狀態，不發生過充和過熱情況，延長了蓄電池的使用壽命，降低整車使用壽命范圍內使用蓄電池的成本，因此液壓儲能技術完全可以應用在電動汽車上。

三、電動汽車再生制動技術面臨的挑戰

電動汽車在制動時，為防止車輪抱死，由ABS監測得出的信息則應減小制動壓力，而車輪速度減低，電機提供的再生制動力矩增大，就會形成ABS要減小力矩而電機要增大力矩的矛盾。且現今大部分純電動車輛的再生制動為單獨依靠單軸（如驅動輪拖動電機）進行再生制動，容易在制動過程中造成前后制動力分配不均導致個別車輪在低附著地面上提前抱死，或者前后輪制動摩擦不均勻從而加速輪胎異常磨損。在保證汽車制動安全性與穩定性的前提下，研發人員需要對純電動汽車的再生制動控制進行優化。能實現摩擦制動與再生制動的協調，還能利用再生制動的快速響應特性更好地實現汽車的防抱死性能。考慮到能量回收的能力以及駕駛員感受，需要結合車輪制動轉矩與電機能量回收制動轉矩進行協調控制，達到某個能充分回收制動能量的目標。這項技術不僅需要更多的理論控制基礎而且需要實車試驗來進行嚴謹驗證。

四、再生制動的前景展望

從大局來看，國內應在穩步優化基礎制動策略的前提下，與國外新思路相結合，如尋找當前熱門的車聯網/智能駕駛技術與再生制動的共性，但是又不能局限于跟隨國外研發方向，應該逐步結合國內需求以及自身環境來解決再生制動執行的具體問題，并推進發展環境友好、符合國內復雜交通、符合消費者需要的再生制動系統。

（作者單位為長安大學汽車學院）

參考文獻

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