电动汽车再生制动控制系统简介

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电能并储存在储能器（蓄电池或超级电容器）中；在汽车启动或加速时，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。这对于改善汽车的能量利用效率，延长电动汽车的行驶距离是至关重要的。国外有关研究表明，在存在较频繁的制动与启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，对电动汽车上的制动能量进行回收的意义如下：

（1）在当前电动汽车蓄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。

（2）机械摩擦制动与电制动相结合，可以减少机械摩擦制动器的磨损，延长其使用寿命，节约生产成本。

（3）分担传统制动器的部分制动强度，减少了汽车在繁重工作（例如，下长坡时制动器就要较长时间连续地进行较大强度的制动）条件下制动时产生的热量，降低了制动器的温度，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。

汽车电储能再生制动是提高汽车能量综合利用率，减少汽车废气排放，降低汽车使用成本的有效途径，尤其是配合纯电动汽车更有优势。要充分回收与利用制动能量，就要把制动能量回收与利用结合起来考虑。合理配置能量转换装置、能量储存技术和控制策略，在保证车辆安全性能的条件下达到再生制动功能与效率的优化。随着电机技术、能量储存技术及控制技术的发展，再生制动技术将成为现代汽车的常规配置。

通过再生制动能量回收的方法，可以有效地提高电动汽车能量利用率。制动能量回收系统能够将汽车制动时的动能通过传动系统和电机转化为蓄电池的电能存储，然后将其利用到牵引驱动中。同时，产生的电机制动力矩通过传动系统对驱动轮起到制动作用，避免了能量变为摩擦热能的消耗，提高了电动汽车能量的使用效率。

通过控制电动汽车的电机和电池等动力元件，将汽车制动过程中的机械能进行回收利用是电动汽车的基本功能，也是一项关键技术。在再生制动过程中，电机工作在发电机模式下产生制动力矩，将机械能转化为电能并储存在动力电池中，用于驱动电机。

根据电机制动力的作用位置，再生制动系统可以分为前轴式、后轴式和双轴式。根据机械制动力是否可调，再生制动系统又可以分为并联式和串联式，并联再生制动系统的机械制动力不可调，串联再生制动系统的机械制动力可调。根据储能元件不同，再生制动系统又可以分为飞轮储能式、液压储能式和电化学储能式。

电动汽车的制动过程一般是电机制动和机械制动同时起作用的复合制动过程，再生制动系统的控制即对电机制动力矩和机械制动力矩大小分配的控制，最大限度地回收制动能量是再生制动控制的目标，能量回收受到很多条件和参数的影响，在制订控制策略的过程中，需要考虑这些约束条件。

电动汽车的制动系统包括液压制动系统和电机制动系统两部分。对于前轮驱动的电动汽车，前轮的制动过程一般包含液压制动和电机再生制动两部分，而后轮一般仅通过液压制动系统来制动。

电动汽车在制动过程中，整车动能通过车轮传递到电机，从带动电机旋转，此时电机工作在发电状态，向储能装置（蓄电池或超级电容）充电，将制动能量转化为电能储存在储能装置中，实现了能量的再生利用。同时，电机产生的阻力矩作用于车轮，产生制动力矩，从而起到减速制动的作用，如图9-1所示。

电动汽车再生制动系统主要由能量存储装置、可逆电机和馈能电路（电机控制器）组成。

图9-1　制动能量再生系统能量转化

电动汽车制动能量再生系统主要包括2部分：电机再生制动部分和传统液压摩擦制动部分。再生制动虽然可以回收制动能量并向车轮提供部分制动力，但是电机再生制动效果受电机特性、电池、车速等诸多条件的限制，在紧急制动和高强度制动时不能独立完成制动要求，为了保证整车制动的安全性，在采用再生制动的同时，还要采用传统的液压摩擦制动作为辅助。(https://www.xing528.com)

从国内外研究现状可看出，汽车制动能量回收系统研究主要集中在回收制动能量方法、回收制动能量的效率、驱动电机与功率转换器的控制技术、再生制动控制策略、机电复合制动的协调等方面。目前急需解决的制动能量回收系统关键技术问题主要有四个方面：制动稳定性问题、制动能量回收的充分性问题、制动踏板平稳性问题、复合制动协调兼容问题。

可回收制动能量是电动汽车最重要的特性之一，但是电动汽车对制动能量的回收要受诸多因素的制约。电动汽车制动能量回收的约束条件主要包括以下五个方面：

（1）行驶工况。行驶工况不同，汽车的制动频率不一样，从而可回收的制动能量多少不同。

（2）蓄电池。蓄电池的充电效率要受到蓄电池的SOC值、蓄电池温度以及充电电流的限制。蓄电池SOC值很高或者温度过高时都无法回收制动能量。充电电流过大会使蓄电池温度快速升高，也不能回收制动能量。

（3）电机因素。电机提供的制动转矩越大，能够回收的制动能量越多。

电机的再生制动转矩受到发电功率和转速的制约，当制动强度过大时，电机不能满足制动要求。

（4）控制策略。为了保证在制动安全的条件下实现能量充分回收，需要合理地设计再生制动与机械制动的分配关系。

（5）驱动形式。再生制动系统只能回收驱动轮上的制动能量。

为了尽可能多地回收制动能量，应综合考虑制动能量回收的约束条件，合理地配置回收制动能量的方法、驱动电机及控制策略，以提高制动能量的回收效率。

一般来说，电动汽车的制动模式可分为紧急制动、正常制动和下长坡制动等三类。

（1）紧急制动。紧急制动对应于制动加速度大于2m/s2的过程。从制动安全性考虑，紧急制动应以机械摩擦制动为主，电制动同时发挥作用。但由于紧急制动出现的频率较低，并且过程持续较短，能够回收利用的能量较少。

（2）正常制动。正常制动对应于汽车的正常行驶工况，可分为减速过程和停止过程。电制动负责减速过程，同时再生制动能量；停止过程由机械摩擦制动完成。两种制动的切换点由电机发电特性确定，掌握好准确的切换点，就可以回收更多的制动能量。

（3）下长坡制动。汽车长下坡制动一般发生在盘山公路下缓坡时，制动力要求不大，可完全由电制动提供，因此也可以回收利用这部分能量，但考虑到电动汽车一般极少在盘山公路上行驶，因此这部分回收能量较少。

由以上分析可知，若想尽可能提高电动汽车的能量利用率，需在制动过程中尽可能地让电机再生制动力发挥作用，尤其是在正常制动过程里。在制动过程中，由于前轴载荷增加而后轴载荷减少，故采用前驱动方式可以增大整车制动能量的回收潜力。

制动能量回收的二个基本原则：一是确保整车行驶安全，尽量使整车制动过程符合传统驾驶习惯；二是最大限度地进行制动能量回收（整车动能转化为电能存储起来）。

制动能量回收会受到蓄电池组的荷电状态（Stage—of—Charge，SOC）、车速、电机发电能力、地面附着能力等条件制约；因此，如何协调控制电机再生制动力和摩擦制动力之间，以及整车前、后轮制动力之间的比例关系，是制动能量回收系统的关键。