史宏宇

摘 要 隨著石油等不可再生能源日益短缺、全球氣候變暖、空氣惡化等問題的出現(xiàn)，提高能量利用率，降低排放的任務(wù)迫在眉睫。對(duì)于電動(dòng)汽車而言，再生制動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用將有利于上述問題的解決。本文介紹了目前再生制動(dòng)制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、工作原理及儲(chǔ)能方式，并且展望了再生制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 再生制動(dòng) 能量回收 電動(dòng)汽車

一、引言

電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。再生制動(dòng)系統(tǒng)使電動(dòng)汽車在制動(dòng)過程中將汽車的動(dòng)能收集并且儲(chǔ)存起來。驅(qū)動(dòng)電機(jī)在這個(gè)時(shí)候被系統(tǒng)控制成為發(fā)電機(jī)，從而將汽車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。再生制動(dòng)系統(tǒng)是提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的一個(gè)有效方式。

二、技術(shù)概述

（一）基本原理

再生制動(dòng)是汽車在一些減速制動(dòng)工況下行駛時(shí)，可以通過能量轉(zhuǎn)換裝置將部分制動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為其他形式的能量?jī)?chǔ)存起來，這些能量可以在驅(qū)動(dòng)汽車時(shí)再次被利用。在現(xiàn)有儲(chǔ)能裝置發(fā)展不完善的情況下，再生制動(dòng)可以提高電動(dòng)汽車的能量利用率，對(duì)解決電動(dòng)汽車的續(xù)航里程問題起著至關(guān)重要的作用。電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)一般由制動(dòng)系統(tǒng)控制器、操縱機(jī)構(gòu)、電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)和能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)組成。

在電動(dòng)汽車行駛時(shí)，當(dāng)駕駛員向整車控制器發(fā)出制動(dòng)命令時(shí)，確定汽車工作在再生制動(dòng)模式下，此時(shí)電機(jī)則以發(fā)電機(jī)的形式工作將產(chǎn)生的電量傳遞到儲(chǔ)能裝置，且反向的電樞電流會(huì)產(chǎn)生有利于汽車制動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，與機(jī)械摩擦相互配合共同降低車速。

高頻開關(guān)安裝在電機(jī)電樞的兩側(cè)，讓電路以高頻率的形式接通或斷開，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E和感應(yīng)電流I2；當(dāng)電動(dòng)汽車處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)和開關(guān)S構(gòu)成閉合回路，感應(yīng)電流則為制動(dòng)電流I1；當(dāng)開關(guān)S斷開后，電流變化率迅速增大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E也立即增大，當(dāng)達(dá)到E>U時(shí)，電流方向變?yōu)閺碾姍C(jī)到蓄電池，電池則進(jìn)入充電狀態(tài)，這樣就實(shí)現(xiàn)了電流回饋，此時(shí)的回饋電流大小為I2。

（二）工作方式

制動(dòng)能量的回收越多越好，理論上單純使用再生制動(dòng)可以做到讓每次制動(dòng)產(chǎn)生的能量都能被回收，但再生制動(dòng)力矩受到很多條件限制，為確保制動(dòng)的穩(wěn)定性，還需要加上原有的機(jī)械摩擦制動(dòng)系統(tǒng)，一起構(gòu)成混合制動(dòng)機(jī)構(gòu)?；旌现苿?dòng)機(jī)構(gòu)按照兩者作用的方式可以分為串聯(lián)制動(dòng)和并聯(lián)制動(dòng)模式。串聯(lián)制動(dòng)的工作方式是隨整車制動(dòng)力的大小而變化的，始終堅(jiān)持再生制動(dòng)優(yōu)先性的原則。并聯(lián)制動(dòng)是再生制動(dòng)力與機(jī)械摩擦制動(dòng)力之間始終按一固定比例分配，在參與工作時(shí)具有同時(shí)性。并聯(lián)制動(dòng)與串聯(lián)制動(dòng)相比，能量利用率較低，回收的能量相對(duì)較少。但并聯(lián)制動(dòng)也有其優(yōu)勢(shì)，它只需在原有的機(jī)械式制動(dòng)系統(tǒng)上進(jìn)行改動(dòng)，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造成本低。

（三）儲(chǔ)能方式

第一，利用動(dòng)力蓄電池吸收制動(dòng)能量：此種方案常用在電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力電車上，電儲(chǔ)能方式能量吸收和釋放時(shí)無污染、行車噪聲小、能量轉(zhuǎn)化率高且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊易于保養(yǎng)和維護(hù)。但是在放電過程中，隨著放電電流增大，鋰離子蓄電池溫度升高，使蓄電池容量降低。因此此種方式在電動(dòng)汽車上應(yīng)用尚不成熟。

第二，超級(jí)電容：超級(jí)電容憑借其功率密度高，充電速度快，壽命長(zhǎng)，效率高以及低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，被普遍認(rèn)為是純電動(dòng)汽車領(lǐng)域中頗具潛力的技術(shù)。但是其能量密度較低，作為汽車單一能量來源會(huì)造成體積和重量過大，且增加成本。所以，超級(jí)電容作為輔助動(dòng)力源較為合適。

第三，液壓儲(chǔ)能：相比于大型車輛，小型電動(dòng)汽車由于質(zhì)量較小，液壓蓄能器的體積和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)做得較小即可滿足使車輛從靜止起步加速到一定值的要求。利用液壓儲(chǔ)能技術(shù)，可以讓蓄電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充和過熱情況，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，降低整車使用壽命范圍內(nèi)使用蓄電池的成本，因此液壓儲(chǔ)能技術(shù)完全可以應(yīng)用在電動(dòng)汽車上。

三、電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

電動(dòng)汽車在制動(dòng)時(shí)，為防止車輪抱死，由ABS監(jiān)測(cè)得出的信息則應(yīng)減小制動(dòng)壓力，而車輪速度減低，電機(jī)提供的再生制動(dòng)力矩增大，就會(huì)形成ABS要減小力矩而電機(jī)要增大力矩的矛盾。且現(xiàn)今大部分純電動(dòng)車輛的再生制動(dòng)為單獨(dú)依靠單軸（如驅(qū)動(dòng)輪拖動(dòng)電機(jī)）進(jìn)行再生制動(dòng)，容易在制動(dòng)過程中造成前后制動(dòng)力分配不均導(dǎo)致個(gè)別車輪在低附著地面上提前抱死，或者前后輪制動(dòng)摩擦不均勻從而加速輪胎異常磨損。在保證汽車制動(dòng)安全性與穩(wěn)定性的前提下，研發(fā)人員需要對(duì)純電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)控制進(jìn)行優(yōu)化。能實(shí)現(xiàn)摩擦制動(dòng)與再生制動(dòng)的協(xié)調(diào)，還能利用再生制動(dòng)的快速響應(yīng)特性更好地實(shí)現(xiàn)汽車的防抱死性能?？紤]到能量回收的能力以及駕駛員感受，需要結(jié)合車輪制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電機(jī)能量回收制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，達(dá)到某個(gè)能充分回收制動(dòng)能量的目標(biāo)。這項(xiàng)技術(shù)不僅需要更多的理論控制基礎(chǔ)而且需要實(shí)車試驗(yàn)來進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)驗(yàn)證。

四、再生制動(dòng)的前景展望

從大局來看，國(guó)內(nèi)應(yīng)在穩(wěn)步優(yōu)化基礎(chǔ)制動(dòng)策略的前提下，與國(guó)外新思路相結(jié)合，如尋找當(dāng)前熱門的車聯(lián)網(wǎng)/智能駕駛技術(shù)與再生制動(dòng)的共性，但是又不能局限于跟隨國(guó)外研發(fā)方向，應(yīng)該逐步結(jié)合國(guó)內(nèi)需求以及自身環(huán)境來解決再生制動(dòng)執(zhí)行的具體問題，并推進(jìn)發(fā)展環(huán)境友好、符合國(guó)內(nèi)復(fù)雜交通、符合消費(fèi)者需要的再生制動(dòng)系統(tǒng)。

（作者單位為長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院）

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