电动汽车制动能量回收系统分析

王诗平，罗美琴，康朝国

（宜宾职业技术学院，四川 宜宾 644003）

1 概述

（1）能量回收的概念。能量回收的定义十分广泛，具体来说就是将已经使用过的能量转变成可使用的能量，如将灯光转变为电能，将人行动中的能量收集起来发电等。定义：能量回收就是将不能储存再利用的即将浪费掉的能量形式，比如热能、机械能、光能等转化为电能储存起来再利用。

（2）制动能量回馈系统的组成。电动机制动的方法可以分为机械制动和电气制动两大类。电气制动中又可分为反接制动、能耗制动和回馈发电制动三种。电动汽车的制动方式应考虑机械制动和电气制动两种类型的结合，尽管可能多地利用回馈发电方式取代机械式制动。在电动汽车制动和下坡滑行时，通过控制系统将电动机的状态改为发电状态，将发电机发出的电能储存于电池之中，这样既可减小机械制动系统的损耗，又能提高整车能量使用效率，达到节约能源和提高电动汽车续驶里程的目的。

2 各类能量回收系统汽车原理

（1）丰田普锐斯。制动能量回收是现代电动汽车与混合动力车重要技术之一，也是它们的重要特点。在一般内燃机汽车上，当车辆减速、制动时，车辆的运动能量通过制动系统而转变为热能，并向大气中释放。而在电动汽车与混合动力车上，这种被浪费掉的运动能量已可通过制动能量回收技术转变为电能并储存于蓄电池中，并进一步转化为驱动能量。例如，当车辆起步或加速时，需要增大驱动力时，电机驱动力成为发动机的辅助动力，使电能获得有效应用。一般认为，在车辆非紧急制动的普通制动场合，约1/5的能量可以通过制动回收。制动能量回收按照混合动力的工作方式不同而有所不同。

（2）本田第四代IMA混合动力系统的制动能量回收系统控制。本田第四代IMA混合动力系统应用在2010款Insight混合动力车上。其制动能量回收系统采用执行器和电控单元组成一体化模块型式，包括IMA系统电机控制模块、动力蓄电池监控模块和电机驱动模块。

制动能量回收系统工作过程如下：IMA电机在制动、缓慢减速时，通过混合动力整车电控单元发出相应指令使电机转为发电机再生发电工况，通过制动能量回收控制系统以电能形式向动力蓄电池充电。其基本工作过程是：当制动时，制动踏板传感器使IMA电控单元激活制动总泵伺服装置，通过动力蓄电池电控单元、能量回收电控单元、电机电控单元等电控单元发出相应指令，使液压机械制动和电机能量回收之间制动力协调均衡以实现最优能量回收。第四代IMA系统采用了可变制动能量分配比率，比上一代的制动能量回收能力增加70% 。

IMA电机、动力蓄电池电控单元、能量回收电控单元、电机电控单元等都属于本田第四代IMA混合动力系统的“智能动力单元IPU(Intelligent Power Unit)”组成部分。它是由动力控制单元PCU(Power Control Unit)、高性能镍氢蓄电池和制冷系统组成。PCU是IPU的核心部分，控制电机助力(即进入电动工况)。PCU通过接收节气门传感器输入的开度信号，按照发动机的有关运行参数和动力蓄电池荷电状态等信号决定电能辅助量，并同时决定蓄电池能量回收能力。PCU主要组成部分有蓄电池监控模块——蓄电池状态检测BCM(Battery Condition Monitor)、电机控制模块MCM(Motor Control Module)、电机驱动模块MDM(Motor Driver Module)。

综观现有实用化的不同的混合动力系统，制动能量回收控制在细节上有所不同。一般都采用电子控制的液压制动与制动能量回收的组合方式，也称为电液制动伺服控制系统。

（3）纯电动汽车制动能量回收系统原理。制动能量回收是现代电动汽车以及混合动力汽车重要技术之一，也是它们的重要特点。在一般内燃机汽车上，当车辆减速、制动时，车辆的动能通过制动系统而转变为热能，并向大气中释放。而在电动汽车与混合动力汽车上，这种被浪费的动能已可通过制动能量回收技术转变为电能并储存于蓄电池中，并进一步转化为驱动能量。

制动能量回收就是把电动汽车电机的无用的、不需要的或有害的惯性转动产生的动能转化为电能，并回馈蓄电池。同时产生制动力矩，使电动机快速停止无用的惯性转动，这个总过程也成为再生制动。

电动汽车正常行驶时，电动机是一个能将电能转化为机械能的装置。而这个转化过程常见的是通过电磁场的能量变化来传递能量和转化能量的，从更直观的力学角度来讲，主要体现为磁场大小的变化。电动机接通电源，产生电流，构建了磁场。交变的电流产生了心变的磁场，当绕组们在物理空间上呈一定角度布置时，将产生圆形旋转磁场。运动是相对的，等于该磁场被其空间作用范围内的导体进行了切割，于是导体两端建立了感应电动势，通过导体本身和链接部件，构成了回路，产生了电流，形成了一个载流导体，该载流导体在旋转磁场中将受到力的作用，这个力最终成为电动机输出扭矩中的力。当电动汽车减速和制动时，即切除电源时，电动汽车电机惯性转动，此时通过电路切换，往转子中提供相比而言功率较小的励磁电源，产生磁场，该磁场通过转子的物理旋转，切割定子的绕组，于是定子感应出电动势，也成逆电动势，此时电动机反转，功能与发电机相同，是一个将机械能转化为电能的装置，所产生的电流通过功率变化器接入蓄电池，即为能量回馈，至此制动能量回收过程完成。与此同时转子受力减速，形成制动力，这个总过程合称再生制动。

3 制动能量回馈系统的技术要求

由于制动能量回收系统是和液压制动系统一起工作的，因此经常把此二者合称为制动能量回收液压制动系统。储能器被完全充满时，制动能量回收则不能起到制动作用，制动力就只能由常规的液压制动系统来提供。制动能量回收液压制动系统的功用是节约制动能源、回收部分制动动能由于制动能量回收系统是和液压制动系统一起工作的，因此经常把此二者合称为制动能量回收液压制动系统。当储能器被完全充满时，制动能量回收则不能起到制动作用，制动力就只能由常规的液压制动系统来提供。制动能量回收液压制动系统的功用是节约制动能源、回收部分制动动能。