电动汽车再生制动能量回收系统研究

朱尚功　张磊

摘 要：电动汽车的续驶里程受电池容量的制约，再生制动能量回收系统是在不增加电池容量的基础上增加续驶里程的有效方法之一，本文分析了再生制动能量回收系统的结构及原理，论述了制动能量回收系统的控制方式，说明了再生制动能量回收系统的基本要求。

关键词：电池容量；续驶里程；能量回收

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

0 引言

能源危机目前是引发全社会广泛关注的重点问题，作为新能源技术的电动汽车的研究越发成为解决能源危机的途径之一。目前，电动汽车技术中对电池技术的研究仍然没有在电池容量上有很大的突破，这也使得人们开始利用各种其他技术来突破电池容量不足的限制。再生制动能量回收系统就是人们利用电磁特性结合汽车制动原理的基础开发而成的，它的出现在一定程度上提高了汽车能量的利用率，对于客服能源危机有着一定的现实意义 [1]。

再生制动制动能量回收，它的主根本理论依据来源于电磁感应原理，主要利用电机转速的变化引起的电磁效应的变化在汽车减速或制动的同时将车辆减速时将一部分动能转化为电能，这部分转化来的电能被存储起来，继续供汽车使用，从而提高电动汽车的续航能力。

1 再生制动能量回收系统结构原理

电动汽车制动能量回收系统是指汽车减速制动时，通过与驱动轴相连的能量转换装置将一部分机械能转化成其它形式的能量，并将转化的能量储存在储存装置中，如各种蓄电池、超级电容和高速飞轮，以供给电动汽车使用[1]。

电动汽车的能量转换装置为电机，储能装置为蓄电池。制动能量回收即是电动汽车制动控制系统通过对相关功率器件开关状态的控制，使具有可逆作用的发电机/电动机的转速、转矩大小与方向发生改变，以此产生的电池效应实现汽车动能与电池电能的转变，当汽车开始制动减速时，电机以发电机的形式工作而生成电能，起到给电池充电的效果，增加续驶里程。

电动汽车制动能量回收时，电机工作于再生制动运行状态，在制动能量回收过程中，驱动轮通过主减速器以及变速箱带动发电机/电动机一体机（ISG）旋转，此时发电机/电动机一体机（ISG）作为电动机使用，由此产生的交流电先经AC/DC转换器转换为直流电，产生的直流电再经过DC/DC使其变为设计要求的电流状态，以电能形式经过转换器存储到超级电容中[3].整个工作过程中再说制动控制器根据输入制动/加速信号判断汽车运行工况，按照预先设定的控制策略对整个回收过程加以控制。

2 再生制动能量回收控制方式

再生制动能量系统工作过程中，驾驶员踩下制动踏板从而提供制动信号，信号传递到整车电控单元，此外，整车电控单元还要采集车速信号与制动信号，对工况进行判断后决定是否进行制动能量回收，与此同时分配制动能量回收时辅助制动力矩的大小（主要控制机械制动与电机制动的比例）。这样的控制方式可实现车辆处于滑行状态或制动减速时能量的回收[4]。

3 再生制动能量回收系统的要求

一般来说，制动能量回收系统的实现要满足以下几个要求[5]：

（1）考虑对汽车制动性能的要求，满足驾驶人员驾驶习惯。

电动汽车制动系统一般包含机械制动与电磁制动两种制动模式。制动过程中首先要保证电动汽车的制动安全性，在这种前提下确定两种制动模式所占的比例大小，另外，整个制动过程中还要考虑能够最大限度的回收制动能量。最后，制动过程中还应充分考虑电动汽车驾驶人的驾驶习惯和乘客的舒适性，尽量使驾驶人对制动踏板的感觉应尽可能与传统的制动过程相近。

（2）考虑汽车发电机的特性要求。

在转速不变的情况下，电机制动时产生的制动阻力矩、电机的发电功率和电机效率三者存在，即制动力矩：

，由此关系可知道，制动时产生的最大制动力矩受限于电机发电能力，制动力矩的最大值不可能超过当时转速和功率下的电机发电能力。

当电动汽车保持在较高车速范围内时，由发电机的特性曲线可知，电机是处于恒功率状态，随着电机转速的升高，制动力矩越来越小，则此时制动能量回收能力也在逐渐降低。当电动汽车车速控制在中、低速范围时，制动能量回收的力矩达到数据曲线中较大值范围，伴随着转速的降低电动机功率随之减小，随着而来的结果就是再生制动能量回收系统的制动回收能力减弱。当车速继续降低，达到特性曲线中最低车速范围内时，电机上的反电势过于微弱使得再生制动功能无法实现。

（3）考虑电池的电化学性能，确保充放电过程的安全性。

制动能量回收时，考虑到电池的电化学性能，若充电电流过大则会对蓄电池造成损坏，因而再生制动能量系统必须将工作过程中的充电电流保持在电池所能承受的最大电流范围内。此外，电池的工作温度也关系到电池的使用安全性，所以，再生制动能量回收系统工作过程中必须考虑蓄电池温度低于允许工作温度。

4 结论

本文分析了再生制动能量回收系統的结构及原理，主要研究了系统的具体工作过程，也对再生制动能量回收系统的控制方式进行了详细说明，于此同时，文中也详细的论述了再生制动能量回收系统的基本要求，对今后的再生制动能力回收系统的设计具有一定的现实意义。

参考文献：

[1]卢有强.车辆制动能量回收装置的研究[J].公路与汽运，2002（04）.

[2]张培斌.电动汽车再生制动控制的研究和仿真[D].武汉：武汉理工大学，2006.

[3]赵轩.电动汽车制动能量回收系统仿真及控制器设计[D].西安， 长安大学，2010.

[4]陈清泉，孙逢春，祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京：北京理工大学出版社，2002：1-2.

[5]乔维高.电动车制动能量回收系统[J].汽车杂志，1994（07）.

作者简介：朱尚功（1989-），男，山东泰安人，硕士，助教，主要从事车辆类相关教学工作。