電動(dòng)汽車再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)研究

朱尚功　張磊

摘 要：電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程受電池容量的制約，再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)是在不增加電池容量的基礎(chǔ)上增加續(xù)駛里程的有效方法之一，本文分析了再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理，論述了制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的控制方式，說明了再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的基本要求。

關(guān)鍵詞：電池容量；續(xù)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(jī)目前是引發(fā)全社會(huì)廣泛關(guān)注的重點(diǎn)問題，作為新能源技術(shù)的電動(dòng)汽車的研究越發(fā)成為解決能源危機(jī)的途徑之一。目前，電動(dòng)汽車技術(shù)中對(duì)電池技術(shù)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(shù)來突破電池容量不足的限制。再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)就是人們利用電磁特性結(jié)合汽車制動(dòng)原理的基礎(chǔ)開發(fā)而成的，它的出現(xiàn)在一定程度上提高了汽車能量的利用率，對(duì)于客服能源危機(jī)有著一定的現(xiàn)實(shí)意義 [1]。

再生制動(dòng)制動(dòng)能量回收，它的主根本理論依據(jù)來源于電磁感應(yīng)原理，主要利用電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化引起的電磁效應(yīng)的變化在汽車減速或制動(dòng)的同時(shí)將車輛減速時(shí)將一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，這部分轉(zhuǎn)化來的電能被存儲(chǔ)起來，繼續(xù)供汽車使用，從而提高電動(dòng)汽車的續(xù)航能力。

1 再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)是指汽車減速制動(dòng)時(shí)，通過與驅(qū)動(dòng)軸相連的能量轉(zhuǎn)換裝置將一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成其它形式的能量，并將轉(zhuǎn)化的能量儲(chǔ)存在儲(chǔ)存裝置中，如各種蓄電池、超級(jí)電容和高速飛輪，以供給電動(dòng)汽車使用[1]。

電動(dòng)汽車的能量轉(zhuǎn)換裝置為電機(jī)，儲(chǔ)能裝置為蓄電池。制動(dòng)能量回收即是電動(dòng)汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)通過對(duì)相關(guān)功率器件開關(guān)狀態(tài)的控制，使具有可逆作用的發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩大小與方向發(fā)生改變，以此產(chǎn)生的電池效應(yīng)實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)能與電池電能的轉(zhuǎn)變，當(dāng)汽車開始制動(dòng)減速時(shí)，電機(jī)以發(fā)電機(jī)的形式工作而生成電能，起到給電池充電的效果，增加續(xù)駛里程。

電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收時(shí)，電機(jī)工作于再生制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，在制動(dòng)能量回收過程中，驅(qū)動(dòng)輪通過主減速器以及變速箱帶動(dòng)發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)一體機(jī)（ISG）旋轉(zhuǎn)，此時(shí)發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)一體機(jī)（ISG）作為電動(dòng)機(jī)使用，由此產(chǎn)生的交流電先經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為直流電，產(chǎn)生的直流電再經(jīng)過DC/DC使其變?yōu)樵O(shè)計(jì)要求的電流狀態(tài)，以電能形式經(jīng)過轉(zhuǎn)換器存儲(chǔ)到超級(jí)電容中[3].整個(gè)工作過程中再說制動(dòng)控制器根據(jù)輸入制動(dòng)/加速信號(hào)判斷汽車運(yùn)行工況，按照預(yù)先設(shè)定的控制策略對(duì)整個(gè)回收過程加以控制。

2 再生制動(dòng)能量回收控制方式

再生制動(dòng)能量系統(tǒng)工作過程中，駕駛員踩下制動(dòng)踏板從而提供制動(dòng)信號(hào)，信號(hào)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(hào)與制動(dòng)信號(hào)，對(duì)工況進(jìn)行判斷后決定是否進(jìn)行制動(dòng)能量回收，與此同時(shí)分配制動(dòng)能量回收時(shí)輔助制動(dòng)力矩的大?。ㄖ饕刂茩C(jī)械制動(dòng)與電機(jī)制動(dòng)的比例）。這樣的控制方式可實(shí)現(xiàn)車輛處于滑行狀態(tài)或制動(dòng)減速時(shí)能量的回收[4]。

3 再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的要求

一般來說，制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)要滿足以下幾個(gè)要求[5]：

（1）考慮對(duì)汽車制動(dòng)性能的要求，滿足駕駛?cè)藛T駕駛習(xí)慣。

電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)一般包含機(jī)械制動(dòng)與電磁制動(dòng)兩種制動(dòng)模式。制動(dòng)過程中首先要保證電動(dòng)汽車的制動(dòng)安全性，在這種前提下確定兩種制動(dòng)模式所占的比例大小，另外，整個(gè)制動(dòng)過程中還要考慮能夠最大限度的回收制動(dòng)能量。最后，制動(dòng)過程中還應(yīng)充分考慮電動(dòng)汽車駕駛?cè)说鸟{駛習(xí)慣和乘客的舒適性，盡量使駕駛?cè)藢?duì)制動(dòng)踏板的感覺應(yīng)盡可能與傳統(tǒng)的制動(dòng)過程相近。

（2）考慮汽車發(fā)電機(jī)的特性要求。

在轉(zhuǎn)速不變的情況下，電機(jī)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)阻力矩、電機(jī)的發(fā)電功率和電機(jī)效率三者存在，即制動(dòng)力矩：

，由此關(guān)系可知道，制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩受限于電機(jī)發(fā)電能力，制動(dòng)力矩的最大值不可能超過當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)速和功率下的電機(jī)發(fā)電能力。

當(dāng)電動(dòng)汽車保持在較高車速范圍內(nèi)時(shí)，由發(fā)電機(jī)的特性曲線可知，電機(jī)是處于恒功率狀態(tài)，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，制動(dòng)力矩越來越小，則此時(shí)制動(dòng)能量回收能力也在逐漸降低。當(dāng)電動(dòng)汽車車速控制在中、低速范圍時(shí)，制動(dòng)能量回收的力矩達(dá)到數(shù)據(jù)曲線中較大值范圍，伴隨著轉(zhuǎn)速的降低電動(dòng)機(jī)功率隨之減小，隨著而來的結(jié)果就是再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的制動(dòng)回收能力減弱。當(dāng)車速繼續(xù)降低，達(dá)到特性曲線中最低車速范圍內(nèi)時(shí)，電機(jī)上的反電勢(shì)過于微弱使得再生制動(dòng)功能無法實(shí)現(xiàn)。

（3）考慮電池的電化學(xué)性能，確保充放電過程的安全性。

制動(dòng)能量回收時(shí)，考慮到電池的電化學(xué)性能，若充電電流過大則會(huì)對(duì)蓄電池造成損壞，因而再生制動(dòng)能量系統(tǒng)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(nèi)。此外，電池的工作溫度也關(guān)系到電池的使用安全性，所以，再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)工作過程中必須考慮蓄電池溫度低于允許工作溫度。

4 結(jié)論

本文分析了再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理，主要研究了系統(tǒng)的具體工作過程，也對(duì)再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行了詳細(xì)說明，于此同時(shí)，文中也詳細(xì)的論述了再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的基本要求，對(duì)今后的再生制動(dòng)能力回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3]趙軒.電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)仿真及控制器設(shè)計(jì)[D].西安， 長安大學(xué)，2010.

[4]陳清泉，孫逢春，祝嘉光.現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2002：1-2.

[5]喬維高.電動(dòng)車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)[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(guān)教學(xué)工作。