浅谈电动汽车再生制动能量回收技术

刘春晖，张 坤

（山东华宇工学院 机械工程学院，山东 德州 253034）

前言

随着冬季的到来，电动汽车应用的短板逐渐凸显，生产厂家标明的行驶里程达到300 公里的，目前正常行驶里程不到100 公里。因此，电动汽车普及过程中的推广障碍显现出来，就是续航里程较短。

汽车制动能量回收技术的实质是在汽车实现减速或者制动的过程中，电机进行反转从而提供制动力矩，在这种情况下，电机以发电机的形式运行，在实现电机反转制动的同时提供将机械能转化为电能来完成对电池的充电，进行能量的存储，达到提高能量利用率的目的。

再生制动能量回收的大小受到驱动电机、电池、车辆相关参数、行驶环境、制动回收控制等因素的影响。汽车制动能量回收是在原制动系统的基础上增加电机再生制动系统后形成一种复合新型制动系统。电动汽车在制动过程中，电动机反过来当发电机使用，这种情况下可以将汽车运动的动能转化为电能，并储存在能量存储装置中，通过以上分析，对于实现制动能量回收的纯电动汽车的制动系统的要求，应不仅仅满足于传统汽车的制动要求，而且在制动的同时要实现制动能量的回收。

1 制动能量回收的基本原理

电动汽车的再生制动能量回收是指电动汽车在制动或者减速过程中，驱动电机此时应该处于发电机的工作状态，这样才可以将汽车的行驶中的动能转化为电能存储到储能装置（车载电池）中，在电池中是将电能转化为化学能储存，并达到利用电机产生的反向力矩为车辆提供制动力矩使汽车减速制动的目的[1]。

电动汽车动力系统的核心部件是电机和电池，在驱动电动汽车行驶的过程中，电动汽车上的电池给驱动电机供电，驱动电机通过传动机构驱动汽车行驶；在进行制动的过程中，驱动电机转为发电机进行发电，将行驶过程中的一部分动能转化为电能存储到电池中，达到节能提高效率的目的。当驱动电机的转速大于基速时的制动，驱动电机会向电池提供能量转化的电能并提供制动转矩，这种情况属于下坡情况；当驱动电机的转速小于基速的减速制动时，驱动电机处于发电机状态，这种情况制动电能的转换电压高于电池电压时才能向电池充电。

在正常的电机回馈制动中单纯依靠电机发电产生的回馈力矩不能满足总的制动需求，这样可在保证制动性能的情况下，满足驾驶员的制动需求，同时保证制动舒适性和平稳性，需要配合液压制动来共同完成。车辆的制动系统必须要有驱动系统的参与，才能实现对制动液压力进行精确、平稳的控制。

再生制动能量的转换采用电液制动系统可以完美解决这个问题。电液制动系统可以根据不同的驾驶人员在相同的工况下，根据踩刹车力度的从而达到不同识别驾驶员的驾驶风格的目的，对于不同类型的电控的制动系统，可以根据不同电信号产生相应的制动力，来进行调整踏板的助力比，以适应不同的驾驶员的驾驶风格。

2 制动能量回收存在问题

驾驶员在正常行车过程中踩下制动踏板时，控制单元根据踏板踩踏速度信号，从而得到制动强度的相关信息，进而控制单元根据所设定的控制策略，进行前、后轴制动力、摩擦制动力和再生制动力的进行智能化分配，根据控制单元的相关分析，从而通过车速传感器得到车速信号，并根据控制单元的各方面信息来综合收集考虑驱动电机的最大制动力矩、电池的最大充电功率、当前电池的充电状态等限制因素，通过电机和液压制动系统实现机电复合制动[2]。

驱动电机作为发电机时产生的电量，经过逆变器输送到电池中，在保证电动汽车制动性能良好的情况下，如何正确的分配驱动电机产生的制动回馈力矩和液压制动系统产生的液压制动力矩（液压控制的力矩是不是进行能量利用的），从而在一定基础上达到尽可能的实现最大能量回收的目的。同时，电动汽车的制动过程非常容易受到制动时相关部件的温度等环境因素干扰，制动可以使制动片力度衰退。制动过程中的力矩偏大更容易导致温升过快，出现制动衰退，从而增加冷却系统负担，在一定程度上消耗更多能量，降低能量利用率的情况，这种情况应用要尽可能地避免。

3 最佳制动能量回收控制策略

对于制动能量的回收方面，多数的研究人员的目的是要尽可能提高制动能量回收的效率，以更大程度地提供更大的驱动力。根据研究发现，最佳制动能量回收控制策略的核心就是在电动汽车正常行驶过程中能够完美的提供汽车制动所需产生的制动力矩，完善满足相关制动安全性能要求，电动汽车的前后轴的制动力良性分配在正常满足总的制动力矩的性能要求，同时要在保证车轮制动达到不抱死的前提下，以最大化的能量回收效率进行能量回收。当制动强度小于路面附着系数时，应该尽可能多的让前轮承担制动力矩的完善效果[3]。

制动的安全性是研究人员必须要追求的目标，在保证制动的安全性的方面，电动汽车制动过程中前后轴的制动力的大小要按照理想的制动力分配曲线分配来进行，最终达到路面所能提供的最大制动力矩强度，能够在很大程度上保证制动距离最短，制动效能最好的目的。

在制动的同时，要关闭电动汽车本身驱动能力，在制动过程中的汽车前行主要是由汽车本身的惯性力来维护的，因此制动动能回收是将相关大的一部分的惯性动能进行进一步的回收，这种情况下的回收主要是通过电动汽车能量转换装置进行能量转换来控制电机的再生制动状态的能量利用效率来完成制动能量的相互转化，从而达到提高能量利用效率的目的，在一定程度上，提高了能量利用的效率。

当电动汽车进行制动时，驾驶人先通过踩踏制动踏板，随之电动汽车速度将下降。这样的制动过程既可以减少汽车刹车时的摩擦磨损，同样在一定程度上也可以回收一部分因制动而转化的能量。电动汽车在制动过程中最佳制动能量回收控制策略是能够最大程度上对再生电机制动进行更加效能的利用，进而可以在一定程度上保证制动能量回收效率的最大化[3]。

电动汽车的能量回收率与制动系统的制动力度的大小、行驶路面附着系数的大小成正比的关系，与制动力的大小、电动汽车行驶的初速度等因素成反比，这种情况决定了能量利用效率的高低。

4 汽车制动能量回收限制条件

汽车的制动性能的大小关系到汽车的安全性、舒适性的高低，电动汽车制动能量回收技术的大规模的运用，可以在很大程度上提高的节能效能，达到目前倡导的绿色、环保、节能的理念。电动汽车的再生节能制动还能够影响汽车的安全性能，但是不能影响到其操纵性、舒适性与汽车运行的可靠性。通过目前的电动汽车制造技术而言，电动汽车运行过程中的制动能量回收力度的大小与汽车的行驶安全性、操纵灵活性、乘坐舒适性以及运行可靠性方面仍然存在着较大的矛盾，如果能够进行综合解决，技术方面将会有很大的提高。并不是所有的制动能量均可以回收利用，只有电动汽车驱动轮处在制动的过程中，相关制动能量才可以通过驱动轴、半轴等相关的连接机构传递到车轮，从而将能量传递到储能装置。

5 电动汽车制动能量回收的意义

随着国家对新能源汽车补贴力度的加大，电动汽车作为新能源汽车中的一类，其发展必将会迎来一个大的井喷，制动能量的回收技术必定会越来越完善，效率会有大幅度的提高。归根结底，电动汽车制动能量回收技术的开发的目的是为了降低电动汽车在制动过程中的产生的能量损失，同时提高能量的利用效率，能量回收效率越高，节能效果越明显，从而在更大程度上达到提高其电动汽车续航里程的目的[2]。电动汽车在进行制动时汽车初始行驶速度越大，可以能够回收的汽车制动时产生的能量就会越多。怎样使制动能量回收与汽车各类相关的性能利用达到一个更加完美的匹配。电动汽车的其他使用性能做到完美的协调可以还有较大差距，在这种情况下就是要通过牺牲某些方面的性能来提高能量利用率。由于电动汽车在制动时电机再生制动过程参与电动汽车整个的制动过程，从而导致制动的份额减少，目前技术水平而言，高强度的能量回收产生的“强制制动”显然是得不偿失，这样会使得制动能量的效率降低，顺畅的滑行制动才是驾驶者所需要的驾驶感受，是多样车辆制动时所需要的。随着制动强度的增大，制动能量回收数值降低，能量回收效率下降[1]。

目前，世界各大车系都在进行电动汽车制动交通回收方面的大力研究，与此同时，各相关研究机构的与制动能量回收技术相关的专利技术的申报及转化也在逐年攀升。根据目前的电动汽车的使用状态，业内人士都相关比较清楚的是当前的制动能量回收技术确实存在一些无法克服的困难，但是，制动能量的回收技术方面对提高电动汽车续航方面仍然具有很大的意义，是业内研究的比较热门的一个课题。

6 结论

随着世界对于节能环保相关政策的进一步收紧，国家对新能源汽车产业更加重视，电动汽车再生制动技术的研究必将成为电动汽车行业发展的主流，能量利用必将进一步提高，制动能量回收是对于新能源汽车必将面对的一项技术攻关，提高燃料利用率是汽车行业特别是电动汽车行业的一项关键技术。随着研究的不断深入以及新技术的不断发展，电动汽车的制动能量回收技术水平将会出现重大突破，新能源汽车的能源利用效率也将进一步得到提高。