電動汽車制動能量回收系統的設計

趙亞楠

摘要：在節約能源、保護環境的社會背景下，電動汽車成為新興的出行代步工具，其能源的利用極其重要，電能的不好儲存也制約著電動汽車的快速發展。所以，對于電動汽車來說，其制動能量的有效回收并利用非常重要。通過對制動能量的回收系統設計來實現將電動汽車制動能量進行回收利用，從而提高電動汽車的續航里程，滿足人們對電動汽車的使用需求，推動電動汽車的蓬勃發展。鑒于此，本文主要分析電動汽車制動能量回收系統的設計。

關鍵詞：電動汽車；制動能量；能量回收

1 制動能量回收系統基本原理

對于電動汽車而言，能量儲存和利用問題限制了其發展。提高對電動汽車制動能量的回收效率，可以有效提高電動汽車的能量利用，從而可以有效增加電動汽車的續航里程。在制動過程中，采用電制動時，驅動電機處于發電狀態，通過轉化一部分汽車動能給蓄電池以對其充電，實現能量回收。國外電動汽車制動研究表明，在制動和起動工況比較頻繁的情況下有效地回收制動能量可以提高10%～30%的續航里程。

2 影響電動汽車制動能量回收最大化的具體因素

2.1 電機

電機作為電動汽車發起制動行為的“源動力”，其是整體制動系統中實現能量形態轉換的重要硬件設備.電機對電動汽車實現制動能量回收發揮了關鍵的作用，即電機的工作效率和工作狀態直接影響了制動能量回收總量的大小和回收率的高低.電機自身特殊性決定了電動汽車在某一時刻的制動量最大值。

2.2 蓄電池

（1）每一種蓄電池都對SOC（State of Charge荷電狀態）的能量運作范圍有明確的標準，該種標準是無法變更的，一旦超過了蓄電池對SOC的能量范圍標準則會對蓄電池的正常作業狀態產生消極作用，進而影響了制動能量回收最大化的工作目標。

（2）電動汽車在整個制動的過程中，蓄電池都處于工作狀態，但并不是一直保持充電狀態，當蓄電池電能儲蓄充足之后，則會自動進入準備狀態，時刻為電能的二次轉化做出準備。整體制動過程中的蓄電池如果保持最大的充電功率進行充電作業，其最大充電功率為：

P=（Uoc+IR）I

其中，Uoc為蓄電池開路電壓；I為最大充電電流；R為蓄電池內阻。由于I和R分別代表了蓄電池自身的正常充電功率和再生制動功率的參數，在二者共同作用的基礎上，實現了限制并影響再生制動能量回收值的大小。

2.3制動系統

當電動汽車處于制動狀態時，由于電機自身在再生制動狀態下的能力有限，并且電動汽車內部的電氣工作系統出現故障的幾率較大，為了保證制動系統工作的安全性和穩定性，需要使機械制動系統機構更加精確化和穩定化，同時引入電子制動功能，保證制動系統能夠為電動汽車提供良好的制動效果，這樣才能為制動能量回收工作實現最大化奠定堅實的基礎。

3 電動汽車制動能量回收系統的設計

3.1 回收系統結構設計

通過運用速度控制的方法，車輛在正常行駛的情況下，蓄電池通過再生控制系統傳送至電機，驅動電機運轉，另外電機的電控單元和逆變器可以同時控制電機的輸出扭矩。當汽車處于再生制動情況時，再生制動控制器會接受電機控制器中的制動信號，通過控制算法控制再生控制器中的雙向DC/DC變換器，使再生制動產生的能量以最大效率儲存至電容。當車輛起步或者爬坡時，再生控制器接收電機的加速信號，控制雙向DC/DC變換器將電容中的能量升壓，先驅動電機，在達到預定值的時候再變回，由蓄電池供電。

3.2 系統的控制策略

為保持車輛的制動穩定性和安全性，使具有能量收回的功用在電動汽車上得以最大限度的表現，開發了新的制動控制系統。在不改變汽車原有的機械制動的前提下，由驅動電機提供扭矩作用于驅動輪。

在防抱死系統中，直接接收來自四個車輪傳動速度、加速度的監測信息，進行制動控制，制動能量回收單元通過低通濾波器輸入各車輪的加速的信息可求得各車輪的旋轉加速的DVW，與此同時直接進行檢測每個車輪的瞬間加速度判斷路況優劣并進行制動力的分配；另一方面在汽車制動中可以通過制動踏板的行程來衡量電動機的制動扭矩。制動控制通過對司機踩下制動踏板的行程量、速度、加速度做出預測，再結合實際車速、道路情況所需的制動力大小，分配前后輪制動力的比例。

3.3 電動汽車制動能量回收控制電路的設計

當電機工作處于再生制動狀態時，驅動電機通過逆變器接收來自蓄電池的電力供應，逆變器則按照來自蓄電池的控制信號使蓄電池的直流電直接轉化為交流電，為驅動電機供電。電動汽車實現制動能量再回收，電路圖如圖1所示。

3.4 儲能裝置選取

對于電動汽車來說，常用的儲能裝置包括蓄電池、燃料電池和超級電容等，可以單獨使用，也可以把這幾種儲能器件組合使用，也可以通過一些常用的性能指標衡量儲能件特性，如比能量、比功率、能量密度、功率密度、循環壽命、快速充電性能、充放電時間及價格等。

選擇合適的儲能裝置是實現提高續航里程的一個重要部分。由于超級電容具有非常高的比功率（是蓄電池的20～100倍，可達到10kW/kg左右）；儲存電荷面積非常大（有的超級電容單元其電容量可達1F甚至幾萬法）；采用特殊工藝生產的超級電容其等效電阻非常低。

參考文獻：

[1]彭閃閃，趙雪松，時培成.基于復合制動的電動汽車制動能量回收系統設計[J].井岡山大學學報（自然科學版），2015，（04）：59-63.