电动汽车制动能量回收的设计

陈建荣　刘子贵　张晓宇

摘要：一直以来，我国在大力发展经济建设的同时，对环境污染以及能源危机方面同样引起重视，电动汽车不使用汽油，柴油，不排放尾气，对环境不会产生污染，且电能属于可再生能源，对推动可持续发展有积极性作用。在节约能源，保护环境的大环境下，电动汽车成为了人们出行代步工具之一，其能源利用方面尤为关键，电能储存以及续航里程上成为了制约电动汽车发展的一大因素。为此，对于电动汽车而言，自动能量回收设计非常关键。通过对制动能力回收系统进行合理的设计，以达到对电车制动能量的回收和利用，让电动车的续航里程数得以有效地提高，让电车取到更好的发展。

关键词：电动汽车;制动能量;回收设计

引言：

能源问题一直是世界各个国家都在研究的课题。现阶段针对新能源汽车的研究给予了很高的关注。电动汽车在能源节约、环保方面优势明显，但是电动汽车发展的速度以及普及范围并不是非常的理想，其限制因素包括：蓄电池组容量受限，能力利用率不高，整车新能优化差等等。电动汽车制动系统又被称之为再生制动系统，将其驱动电机作为制动器，达到车辆减速的目的。车辆制动的过程中，会吸收多余的机械能量，然后以电能的方式传输回电池储存，供车辆二次使用，降低能耗，提升车辆续航里程。

1.制动能量回收系统基本原理

对于电动汽车来讲，电能的储存和利用是其发展困难的关键。电动汽车蓄电池存在充电时间长，续航里程短等问题，对电动汽车制动能力回收率展开研究设计，对提升电动汽车能耗二次利用，汽车续航里程有很积极性的作用。在整个刹车过程中，当采用电子刹车系统时，驱动电机就在发电中，并通过对一部分动力直接传递至蓄电池上，以实现充能目的，从而完成了对电能的再利用。

2.影响电动汽车制动能力回收最大化的具体因素

2.1电机

电机是电动汽车制动行为产生的关键，是汽车全套刹车体系中电能转化赖以完成的关键装置，而电机则对电动汽车制动能量回收过程发挥着决定性的影响，也就是说，电动机工作效率、工作状况决定着汽车刹车電能回收的多少，而电动机自身特点则确定着电动汽车在某一时间段的制动力最大值。

2.2蓄电池

每一个蓄电池组都对SOC的能力运作范围规定了标准，这一个标准规定是不可改变的，因为一旦超过了蓄电池对SOC的能力范围标准就影响蓄电池的正常工作，从而影响制动电能利用最大化的工作目标。

电动汽车在制动的过程当中，电瓶一直是工作状态，但并非一直处于充满的模式，蓄电池电量充满以后，就会自动停止充能，同时刻也为电能的二次转化作好了准备。整体在刹车过程中的蓄电池如果是保持在最高充电功率下完成了充电作业，则最高充电的总输出功率是：P=（U0C+IR）I

2.3制动系统

电动汽车在制动状态时，由于电动机自身在再生制动模式下的能量限制，加上电动汽车内部出现故障的概率较大，为保证机械刹车系统工作的安全稳定与性能，就一定要使机械刹车系统机构更加的精准与平稳，与此同时还必须把电子刹车功能引入其中，从而使得电子刹车的效果更加良好，以给汽车制动能力回收提供了良好的条件。

3.制动力分配方案与分析

理想的前后轴制动分配方式、并行再生制动系统制动力分配都是最常见的制动力分配。电动刹车系统供给主要的总制动能，当电动刹车能比总制动能小的时候，剩余的刹车能量也会通过机械刹车能供给。当电动汽车在制动的过程中，汽车的转速V与电动机转子的角速度成比例。当电动汽车在制动的过程中，汽车的转速为V与电动机转子的角速度成比。电动机转子的速度直接决定着电流的频率和大小值。本文中设计使用的发电机是三相永磁同步电机，虽然产生了交流电，但是并不可以直接供应给电池组，所以必须要对交流电进行整流操作。而制动时车轮的速度并不是个恒量，因为发电机所产生的电流是随着时间而产生变化的变量，但是电池组所供应的电能却是恒定不变的，在充电的时刻，电池组会控制电压的值，变压是必要的。

4.电制动系统的数学模型

4.1电机模型的选择

其设计使用了三相永磁同步电机，相比于一般异步电机要节省总功率百分之二十左右。意味着车况相当时，或者在电池组容量情况不变的时候，比前者续航里程更长。

4.2整流器的选择

蓄电池是汽车上的电源，充电方式为直流电，这就需要将交流电转化成为直流电。本文设计运用三相桥式全波整流器，相较于以往的半波整流器而言，这一整流器提供的电压有效值更高一些，可以让能力回收的效率大大提升。理想化觉得的输出电流是恒定值，但实际上并不一定如此，在不对电机损耗和内阻进行运算，则电机的感应电动势是整个整流器输入的电流平均值。

4.3DC-DC变换器的选择

此设计使用的直流-DC变换器均为级联式升压，降压的转换器。这一自动变换器具有电流双象限，构造简便，在同等功率下主开关的压力与电流应力变化不大，电感易于优化设定等优点。对DC-DC这一转换器进行了应用，在合理的负载范围内，蓄电池的电压值都能够保持一定水平。从而达到了改善电源驱动特性。电机制动的整个过程中，将机械能转换电能并通过可控的形式，对电池组件进行充电。当新能源电动汽车在较拥挤的城市道路行驶时，制动能力回收效率较高，使得电池的续航里程得以大幅度提升。

结束语：

本文设计的是一种机械能和电能复合制动系统模型。该系统的关键在于三部分：三相电机系统、三相电整流器和DC-DC变换器。踩下制动踏板进行车辆制动时，如果不需要太大的制动力，则只有电动制动系统才能提供所需的制动力;当电制动力不足以提供车辆制动能量时，复合制动系统将同时提供所需的制动力。根据仿真结果，该系统可以将制动时产生的部分动能完全转化为电能，从而提高能源利用率，达到节能、续航的目的。

参考文献：

[1]张民安，储江伟，李春雷.结合遗传算法的四轮毂电机电动汽车制动能量回收控制策略[J].重庆理工大学学报（自然科学），2021，35（10）：77-84.

[2]覃卓庚.纯电动汽车制动能量回收模糊控制策略及仿真分析[J].时代汽车，2021（15）：97-98.

作者简介：陈建荣，1969年8月，男，学历：大学，职称：教授级高级工程师，研究方向：机电一体化及节能，单位名称：江门职业技术学院。