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探究制动能量回收研究的重要性

发布：laoxiang21 来源：

PostTime：6-5-2024 14:59

电动汽车制动能量回收体系是一种应用于汽车及轨道交通领域的先进技术，旨在将车辆制动过程中产生的热能转变成机械能，并将其存储在电容器中，以便在后续驾驶中快速释放能量。探究制动能量回收研究的重要性在电动汽车 ...

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电动汽车制动能量回收体系是一种应用于汽车及轨道交通领域的先进技术，旨在将车辆制动过程中产生的热能转变成机械能，并将其存储在电容器中，以便在后续驾驶中快速释放能量。

探究制动能量回收研究的重要性

在电动汽车研发的过程中，开发高性能储能设备及提升能源使用效率是极为关键的两大研究方向。尽管电池技术正以前所未有的速度发展，但由于经济性、安全性等因素的影响，短时间内难以实现重大突破。因此，如何有效提高电动汽车的能效便成为一项至关重要的议题。

研究制动能量回收对于提升电动汽车能效具有深远意义。汽车在制动时，大量的动能通过摩擦变为无效的热能，造成极大的能量损耗。据统计数据显示，在若干典型城市驾驶情境下，汽车因摩擦制动所消耗的能量几乎占据了总驱动能量的半数左右。

这意味着，通过改进和优化制动能量回收技术，我们可以大幅改善汽车的能效利用，进而延长电动汽车的续航里程。海外的相关研究成果表明，在城市环境中，尤其是在频繁制动与启动的情况下，成功回收并利用制动能量的电动汽车，有望将能量消耗降低约15%，同时使续航里程增长10%至30%。

因此，电动汽车制动能量回收的意义主要体现在以下几个方面：

在现有电池储能技术未能取得重大突破的背景下，通过回收制动能量，电动汽车能效可得到显著提升，进而延长实际行驶距离；
结合机械摩擦制动与电制动技术，不仅能减少机械制动器的磨损，延长其使用寿命，还可节省生产维护成本；
分摊传统制动器承受的部分制动强度，特别是在长时间下坡等高负荷工况下，可减少制动产生的热量，降低制动器温度，增强制动系统抵抗高温衰退的能力，从而提高汽车的整体安全性和可靠性。

电动汽车再生制动的基本原理在于利用具有双向转换功能的电动机/发电机系统，实现动能与电能的相互转化。在车辆减速或制动时，该可逆电机作为发电机运行，将汽车的动能转化为电能存储在储能装置（如蓄电池或超级电容器）中；而在汽车起步或加速阶段，该电机则反转为电动机，将储存的电能转化为机械能驱动汽车前行。

制动能量回收系统的优势在于其智能技术的运用，不仅提升了发动机的工作效率、适度减少了能耗，还增加了驾驶的趣味性。例如，制动能量回收系统确保了发动机输出的大部分能量直接转化为驱动力，仅在制动或超速状态时将能量转化为电能供应车载系统。当车辆加速或牵引时，发电机自动与发动机解耦，使得传统模式下消耗于发电机的能量得以充分利用以提升加速度。当车辆恢复到正常行驶速度或驾驶员启动制动时，发电机重新启动，确保车载系统拥有充足的电力供应。

制动能量回收问题的解决办法涉及在发动机与电机之间设置智能控制策略，使得车辆减速时发动机能及时停止输出功率。同时，对于混合动力车辆，还需妥善处理液压制动与制动能量回收之间的复杂平衡及优化控制问题。驱动电机之所以能回收车辆动能，根本原因是电机在逆向工作状态下相当于发电机。根据电学基本原理，电机驱动遵循Fleming左手定则，而发电则遵循右手定则。电机在运行时，线圈会在阻碍磁通变化的方向上产生电动势，即所谓的逆电动势，该电动势随着转速的提升而增大。当电机转速达到一定阈值，原本驱动电机旋转的电流因其阻抗增加而无法继续增大，此时在制动过程中，电机电流被切断，逆电动势取代电流发挥作用，使电机充当发电机回收制动能量，这种电机被称为“电动机发电机”。

此外，电动汽车的制动能量回收系统还包括逆变器、升压转换器、电机发电机电控单元（MG ECU）等组成的功率控制单元（PCU）。举例来说，动力蓄电池采用镍氢材料，总电压为244.8V，由34个蓄电池模块组成，每个模块含有6个1.2V单体电池。混合动力车的蓄电池采用外置叶片式环形风扇进行强制风冷，进风口位于后排座椅左侧下方。混合动力系统中的主继电器、电流传感器以及集中配置的蓄电池接线盒、蓄电池监测器、辅机蓄电池DC/DC转换器等都集成在一个封装件中，该封装件安放在行李厢后座背后的紧凑空间内，确保了足够的行李装载空间。

功率控制单元的升压转换器能根据行驶条件将直流电从244.8V升压至650V，并输送给逆变器；在给动力蓄电池充电时，又将最高650V的直流电降压至244.8V。逆变器根据混合动力车控制计算机发出的输出功率指令，通过电机发电机电控单元（MG ECU）进行控制，将高电压直流电转换为驱动电机（MG2）和发电机（MGl）所需的交流电。在制动能量回收过程中，MGl通过发动机动力产生的交流电以及制动回收时MG2产生的交流电均可转换为直流电，而MGl产生的交流电还将根据行驶工况需要用于驱动MG2。

对于电动汽车制动方式，除了常见的机械制动之外，还有能耗制动、反接制动以及电容器制动等多种方式。接下来将重点探讨后三种制动方式：

能耗制动的直流电源计算方法为：当电动机定子绕组断电后，立即将其两相绕组连接至直流电源，由此产生制动效果，使电动机能迅速停止转动。经验估算直流电源的方法首先是测量电动机任意两相进线之间的电阻，并据此估算空载电流，进而得出直流电源所需的电流和电压。对于制动时间不超过2秒、负载惯性较小的电动机，能耗制动方式特别适用于那些功率不是很大、需要频繁制动的生产机械设备。
反接制动的限流电阻计算方法：在需要电动机快速停止转动时，可以将电动机定子绕组的任意两相进行反接，以迅速降低转速。当电动机转速接近零时，必须立即切断电源。鉴于反接制动过程中会产生较大的电流和机械冲击，为限制起始电流，通常会在电动机定子回路中串入制动电阻。对于起动频率不高的场合，反接制动方式是一种适用的选择。
电容器制动电容的计算方法：当电动机与电网断开连接的瞬间，使异步电动机转入自励发电状态，由此产生发电制动转矩。在自励电压建立的刹那，通过将电容器与定子绕组短接，使电动机定子绕组流过一个恒定电流，从而实现能耗制动。通常来说，采用星形连接方式实施电容器制动可以获得较好的制动效果，所需电容容量较小，但同时也要求电容器具备较高的耐压性能。

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