電動汽車再生制動技術(shù)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(xiàn)，提高能量利用率，降低排放的任務(wù)迫在眉睫。對于電動汽車而言，再生制動技術(shù)的應(yīng)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(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、工作原理及儲能方式，并且展望了再生制動技術(shù)的發(fā)展前景。

關(guān)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(tǒng)是電動汽車研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。再生制動系統(tǒng)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(qū)動電機(jī)在這個時候被系統(tǒng)控制成為發(fā)電機(jī)，從而將汽車動能轉(zhuǎn)化為電能。再生制動系統(tǒng)是提高電動汽車?yán)m(xù)航里程的一個有效方式。

二、技術(shù)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(zhuǎn)換裝置將部分制動能量轉(zhuǎn)換為其他形式的能量儲存起來，這些能量可以在驅(qū)動汽車時再次被利用。在現(xiàn)有儲能裝置發(fā)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(xù)航里程問題起著至關(guān)重要的作用。電動汽車再生制動系統(tǒng)一般由制動系統(tǒng)控制器、操縱機(jī)構(gòu)、電機(jī)制動系統(tǒng)、機(jī)械制動系統(tǒng)和能量儲存系統(tǒng)組成。

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

高頻開關(guān)安裝在電機(jī)電樞的兩側(cè)，讓電路以高頻率的形式接通或斷開，產(chǎn)生感應(yīng)電勢E和感應(yīng)電流I2；當(dāng)電動汽車處于制動狀態(tài)時，電機(jī)和開關(guān)S構(gòu)成閉合回路，感應(yīng)電流則為制動電流I1；當(dāng)開關(guān)S斷開后，電流變化率迅速增大，感應(yīng)電動勢E也立即增大，當(dāng)達(dá)到E>U時，電流方向變?yōu)閺碾姍C(jī)到蓄電池，電池則進(jìn)入充電狀態(tài)，這樣就實現(xiàn)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(chǎn)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(wěn)定性，還需要加上原有的機(jī)械摩擦制動系統(tǒng)，一起構(gòu)成混合制動機(jī)構(gòu)。混合制動機(jī)構(gòu)按照兩者作用的方式可以分為串聯(lián)制動和并聯(lián)制動模式。串聯(lián)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(yōu)先性的原則。并聯(lián)制動是再生制動力與機(jī)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(lián)制動與串聯(lián)制動相比，能量利用率較低，回收的能量相對較少。但并聯(lián)制動也有其優(yōu)勢，它只需在原有的機(jī)械式制動系統(tǒng)上進(jìn)行改動，結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)化率高且結(jié)構(gòu)簡單緊湊易于保養(yǎng)和維護(hù)。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(yīng)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(yōu)點(diǎn)，被普遍認(rèn)為是純電動汽車領(lǐng)域中頗具潛力的技術(shù)。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(zhì)量較小，液壓蓄能器的體積和液壓傳動系統(tǒng)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(shù)，可以讓蓄電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)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(nèi)使用蓄電池的成本，因此液壓儲能技術(shù)完全可以應(yīng)用在電動汽車上。

三、電動汽車再生制動技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

電動汽車在制動時，為防止車輪抱死，由ABS監(jiān)測得出的信息則應(yīng)減小制動壓力，而車輪速度減低，電機(jī)提供的再生制動力矩增大，就會形成ABS要減小力矩而電機(jī)要增大力矩的矛盾。且現(xiàn)今大部分純電動車輛的再生制動為單獨(dú)依靠單軸（如驅(qū)動輪拖動電機(jī)）進(jìn)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(dǎo)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(wěn)定性的前提下，研發(fā)人員需要對純電動汽車的再生制動控制進(jìn)行優(yōu)化。能實現(xiàn)摩擦制動與再生制動的協(xié)調(diào)，還能利用再生制動的快速響應(yīng)特性更好地實現(xiàn)汽車的防抱死性能?？紤]到能量回收的能力以及駕駛員感受，需要結(jié)合車輪制動轉(zhuǎn)矩與電機(jī)能量回收制動轉(zhuǎn)矩進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，達(dá)到某個能充分回收制動能量的目標(biāo)。這項技術(shù)不僅需要更多的理論控制基礎(chǔ)而且需要實車試驗來進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)驗證。

四、再生制動的前景展望

從大局來看，國內(nèi)應(yīng)在穩(wěn)步優(yōu)化基礎(chǔ)制動策略的前提下，與國外新思路相結(jié)合，如尋找當(dāng)前熱門的車聯(lián)網(wǎng)/智能駕駛技術(shù)與再生制動的共性，但是又不能局限于跟隨國外研發(fā)方向，應(yīng)該逐步結(jié)合國內(nèi)需求以及自身環(huán)境來解決再生制動執(zhí)行的具體問題，并推進(jìn)發(fā)展環(huán)境友好、符合國內(nèi)復(fù)雜交通、符合消費(fèi)者需要的再生制動系統(tǒng)。

（作者單位為長安大學(xué)汽車學(xué)院）

參考文獻(xiàn)

[1] 楊洋.純電動汽車新型電液復(fù)合制動系統(tǒng)研究[D].重慶大學(xué)，2012.

[2] 趙國柱.電動汽車再生制動若干關(guān)鍵問題研究[D].南京航空大學(xué)，2012.

[3] 劉冠男.基于超級電容的雙向DC-DC變換技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.