電動汽車制動能量回收系統分析

王詩平，羅美琴，康朝國

（宜賓職業技術學院，四川 宜賓 644003）

1 概述

（1）能量回收的概念。能量回收的定義十分廣泛，具體來說就是將已經使用過的能量轉變成可使用的能量，如將燈光轉變為電能，將人行動中的能量收集起來發電等。定義：能量回收就是將不能儲存再利用的即將浪費掉的能量形式，比如熱能、機械能、光能等轉化為電能儲存起來再利用。

（2）制動能量回饋系統的組成。電動機制動的方法可以分為機械制動和電氣制動兩大類。電氣制動中又可分為反接制動、能耗制動和回饋發電制動三種。電動汽車的制動方式應考慮機械制動和電氣制動兩種類型的結合，盡管可能多地利用回饋發電方式取代機械式制動。在電動汽車制動和下坡滑行時，通過控制系統將電動機的狀態改為發電狀態，將發電機發出的電能儲存于電池之中，這樣既可減小機械制動系統的損耗，又能提高整車能量使用效率，達到節約能源和提高電動汽車續駛里程的目的。

2 各類能量回收系統汽車原理

（1）豐田普銳斯。制動能量回收是現代電動汽車與混合動力車重要技術之一，也是它們的重要特點。在一般內燃機汽車上，當車輛減速、制動時，車輛的運動能量通過制動系統而轉變為熱能，并向大氣中釋放。而在電動汽車與混合動力車上，這種被浪費掉的運動能量已可通過制動能量回收技術轉變為電能并儲存于蓄電池中，并進一步轉化為驅動能量。例如，當車輛起步或加速時，需要增大驅動力時，電機驅動力成為發動機的輔助動力，使電能獲得有效應用。一般認為，在車輛非緊急制動的普通制動場合，約1/5的能量可以通過制動回收。制動能量回收按照混合動力的工作方式不同而有所不同。

（2）本田第四代IMA混合動力系統的制動能量回收系統控制。本田第四代IMA混合動力系統應用在2010款Insight混合動力車上。其制動能量回收系統采用執行器和電控單元組成一體化模塊型式，包括IMA系統電機控制模塊、動力蓄電池監控模塊和電機驅動模塊。

制動能量回收系統工作過程如下：IMA電機在制動、緩慢減速時，通過混合動力整車電控單元發出相應指令使電機轉為發電機再生發電工況，通過制動能量回收控制系統以電能形式向動力蓄電池充電。其基本工作過程是：當制動時，制動踏板傳感器使IMA電控單元激活制動總泵伺服裝置，通過動力蓄電池電控單元、能量回收電控單元、電機電控單元等電控單元發出相應指令，使液壓機械制動和電機能量回收之間制動力協調均衡以實現最優能量回收。第四代IMA系統采用了可變制動能量分配比率，比上一代的制動能量回收能力增加70% 。

IMA電機、動力蓄電池電控單元、能量回收電控單元、電機電控單元等都屬于本田第四代IMA混合動力系統的“智能動力單元IPU(Intelligent Power Unit)”組成部分。它是由動力控制單元PCU(Power Control Unit)、高性能鎳氫蓄電池和制冷系統組成。PCU是IPU的核心部分，控制電機助力(即進入電動工況)。PCU通過接收節氣門傳感器輸入的開度信號，按照發動機的有關運行參數和動力蓄電池荷電狀態等信號決定電能輔助量，并同時決定蓄電池能量回收能力。PCU主要組成部分有蓄電池監控模塊——蓄電池狀態檢測BCM(Battery Condition Monitor)、電機控制模塊MCM(Motor Control Module)、電機驅動模塊MDM(Motor Driver Module)。

綜觀現有實用化的不同的混合動力系統，制動能量回收控制在細節上有所不同。一般都采用電子控制的液壓制動與制動能量回收的組合方式，也稱為電液制動伺服控制系統。

（3）純電動汽車制動能量回收系統原理。制動能量回收是現代電動汽車以及混合動力汽車重要技術之一，也是它們的重要特點。在一般內燃機汽車上，當車輛減速、制動時，車輛的動能通過制動系統而轉變為熱能，并向大氣中釋放。而在電動汽車與混合動力汽車上，這種被浪費的動能已可通過制動能量回收技術轉變為電能并儲存于蓄電池中，并進一步轉化為驅動能量。

制動能量回收就是把電動汽車電機的無用的、不需要的或有害的慣性轉動產生的動能轉化為電能，并回饋蓄電池。同時產生制動力矩，使電動機快速停止無用的慣性轉動，這個總過程也成為再生制動。

電動汽車正常行駛時，電動機是一個能將電能轉化為機械能的裝置。而這個轉化過程常見的是通過電磁場的能量變化來傳遞能量和轉化能量的，從更直觀的力學角度來講，主要體現為磁場大小的變化。電動機接通電源，產生電流，構建了磁場。交變的電流產生了心變的磁場，當繞組們在物理空間上呈一定角度布置時，將產生圓形旋轉磁場。運動是相對的，等于該磁場被其空間作用范圍內的導體進行了切割，于是導體兩端建立了感應電動勢，通過導體本身和鏈接部件，構成了回路，產生了電流，形成了一個載流導體，該載流導體在旋轉磁場中將受到力的作用，這個力最終成為電動機輸出扭矩中的力。當電動汽車減速和制動時，即切除電源時，電動汽車電機慣性轉動，此時通過電路切換，往轉子中提供相比而言功率較小的勵磁電源，產生磁場，該磁場通過轉子的物理旋轉，切割定子的繞組，于是定子感應出電動勢，也成逆電動勢，此時電動機反轉，功能與發電機相同，是一個將機械能轉化為電能的裝置，所產生的電流通過功率變化器接入蓄電池，即為能量回饋，至此制動能量回收過程完成。與此同時轉子受力減速，形成制動力，這個總過程合稱再生制動。

3 制動能量回饋系統的技術要求

由于制動能量回收系統是和液壓制動系統一起工作的，因此經常把此二者合稱為制動能量回收液壓制動系統。儲能器被完全充滿時，制動能量回收則不能起到制動作用，制動力就只能由常規的液壓制動系統來提供。制動能量回收液壓制動系統的功用是節約制動能源、回收部分制動動能由于制動能量回收系統是和液壓制動系統一起工作的，因此經常把此二者合稱為制動能量回收液壓制動系統。當儲能器被完全充滿時，制動能量回收則不能起到制動作用，制動力就只能由常規的液壓制動系統來提供。制動能量回收液壓制動系統的功用是節約制動能源、回收部分制動動能。