环球头条：汽车制动能量回收系统介绍

本文来源： 电控知识搬运工

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制动能量回收系统是指一种应用在汽车或者轨道交通上的系统，能够将制动时产生的热能转换成机器能、并将其存储在电容器内，在使用时可迅速将能量释放。

制动能量回收研究的意义

在电动汽车研究中，如何研制高性能储能设备、如何提高能量利用率，是所有研究中比较重要的两个方面。尽管蓄电池技术发展迅速，但受经济性、安全性等因素制约，难以在短时间内实现重大突破。因此如何提高电动汽车的能量利用率是一个非常关键的问题。

研究制动能量再生对提高电动汽车的能量利用率非常有意义。汽车在制动过程中，汽车的动能通过摩擦转化为热量消耗掉，大量的能量被浪费掉。据有关数据研究表明，在几种典型城市工况下，汽车制动时由摩擦制动消耗的能量占汽车总驱动能量的50%左右。

这对于改善汽车的能量利用效率、延长电动汽车的行驶里程具有重大意义。国外有关研究表明，在较频繁制动与起动的城市工况运行条件下，有效地回收制动能量，电动汽车大约可降低15%的能量消耗，可使电动汽车的行驶距离延长10%～30%。

因此， 对电动汽车制动能量进行回收，意义如下：

在当前电动汽车电池储能技术没有重大突破的条件下，回收电动汽车制动能量可以提高电动汽车的能量利用率，增加电动汽车的行驶距离；

机械摩擦制动与电制动结合，可以减少机械摩擦制动器的磨损，延长制动器使用寿命，节约生产成本；

分担传统制动器部分制动强度，减少汽车在繁重工作条件下（例如长下坡）制动时产生的热量，降低了制动器温度，提高了制动系统抗热衰退的能力，提高了汽车的安全性和可靠性。

电动汽车再生制动的基本原理是： 通过具有可逆作用的电动机/发电机来实现电动汽车动能和电能的转化。在汽车减速或制动时，可逆电机以发电机形式工作，汽车行驶的动能带动发电机将汽车动能转化为的电能并储存在储能器（蓄电池或超级电容）中；汽车起步或加速时，可逆电机以电动机形式工作，将储存在储能器中的电能转化为机械能给汽车。

制动能量回收系统的优点

这些智能技术提高了发动机的效率，适度降低了耗油量，同时也进一步提高了驾驶乐趣。这里一个很好的例子就是制动能量回收系统，能源管理系统确保发动机的输出功率主要被转化成为驱动力，只有在应用制动时或发动机处于超速状态时才会转化成电能供车载系统使用。为了达到这个效果，发电机会在发动机输出功率，即加速或牵引汽车时自动与发动机脱离。因此，传统模式下发电机消耗和从汽车那里获得的动力现在全部用以实现更快更具动态的加速。因为在MINI回到超速状态或驾驶者应用制动时，发电机就会再次启动，从而确保车载系统能够得到充足的电力供应。

制动能量回收问题解决方案

可以通过在发动机与电机之间设置在车辆减速时，使发动机停止输出功率而得以解决。但制动能量回收还涉及到混合动力车的液压制动与制动能量回收的复杂平衡或条件优化的协调控制。那么，为什么可以通过驱动电机能够回收车辆的运动能量呢？概要地说，其原因就是电机工作的逆过程就是发电机工作状态。一般电学基础理论早已阐明，表示电机驱动的工作原理是Fleming的左手定则，而表示发电原理的则是Fleming右手定则。由于电机运转，线圈在阻碍磁通变化的方向上发生电动势。该方向与使电机旋转而流动的电流方向相反。于是人们称为逆电动势。逆电动势随着转速的增加而上升。由于转速增加，原来使电机旋转而流动的电流，其流动阻力加大，最后达到某一转速，就不能再向上超出。所以，制动时通过电机的电流被切断，代之而发生逆电动势。这就是使电机起到发电机作用的制动能量回收的原理。上述这种电机称为“电动机发电机”（Motor Generator）。

由逆变器/升压转换器/电机发电机电控单元（MG ECU）组成一体的功率控制单元PCU（Power Control Unit）的构造及其控制系统。动力蓄电池采用镍氢蓄电池，总电压244.8V，由34个蓄电池模块构成。每个蓄电池模块由6个1.2V单体电池构成。蓄电池模块电压为7.2V，34个蓄电池模块共计204个单体电池组成。混合动力车蓄电池采用外叶片环形风扇进行强制空冷方式。进气口位于后座靠背左边侧向下部。混合动力系统主继电器与电流传感器集中配置的混合动力车蓄电池接线盒/蓄电池监测器/辅机蓄电池用DC/DC转换器封装组成一体，辅机蓄电池也并排设置在同一底架（Tray）上。上述封装件设置在行李厢内后座后面，安装紧凑，以确保行李厢充足空间。

功率控制单元（PCU）的升压转换器根据行驶条件把直流电244.8V升压到直流电650V并供给逆变器。动力蓄电池充电时，把最大直流电650V降压到直流电244.8V。逆变器的作用就是按照混合动力车控制计算机发出对输出功率的要求指令通过电机发电机电控单元（MG ECU）进行控制，并把由升压转换器升压的高电压直流电在逆变器内变换为用于驱动电机（MG2）与发电机（MGl）的交流电。利用发动机动力由MGl进行发电产生的交流电与由制动能量回收的制动使MG2发电而产生的交流电转换为直流电。MGl发电机产生的交流电则根据行驶工况需要用于MG2的驱动电力。其制动能量回收的输入部分（包括传感器、行程模拟器等）、执行器部分与电子控制部分的说明相同。

制动方式

电动机制动的一般方法有:机械制动、能耗制动、反接制动、电容制动等。以下讨论后三种制动方式。

一、能耗制动的直流电源计算

在电动机定子绕组断电后,立即使其两相定子绕组接上一直流电源,而产生制动作用,使电动机迅速停转。直流电源的经验估算方法是：首先测量电动机三根进线中任意两根线之间的电阻，估算空载电流，便可算出直流电源的电流和电压。如果电动机的负载惯性不大时,制动时间一般不超过2秒,适用于一些功率不大,制动频繁的生产机械的电动机。

二、反接制动的限流电阻计算

当需要电动机迅速停止转动时,可将其定子绕组的任意两相反接,使转速迅速下降。在电动机转速接近零时,必须立即切断电源。由于制动强烈,在制动时会出现很大的电流和机械冲击,为了限制起动电流,可在电动机定子回路中串入制动电阻。起动次数不太频繁的场合采用反接制动。

三、电容器制动电容的计算

当电动机从电网上断开瞬间，使异步电动机运转在自励发电状态，从而获得发电制动转矩．在自励电压建立起来的一瞬间，将电容器和定子绕组短接，使电动机定子绕组流过一个恒定电流，从而获得能耗制动。一般采用星形联结制动效果好,所需电容量小,其缺点是要求电容耐压较高。

制动能量回收的路径和控制方式

纯电动汽车制动能量回收系统的结构

纯电动汽车电动机的制动原理

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关键词： 电动汽车 能量回收