电动汽车再生制动技术浅析

文库 (34) 2021-04-25 16:43:16

一、引言
电动汽车再生制动系统是电动汽车研究领域的关键技术之一。再生制动系统使电动汽车在制动过程中将汽车的动能收集并且储存起来。驱动电机在这个时候被系统控制成为发电机,从而将汽车动能转化为电能。再生制动系统是提高电动汽车续航里程的一个有效方式。
二、技术概述
(一)基本原理
再生制动是汽车在一些减速制动工况下行驶时,可以通过能量转换装置将部分制动能量转换为其他形式的能量储存起来,这些能量可以在驱动汽车时再次被利用。在现有储能装置发展不完善的情况下,再生制动可以提高电动汽车的能量利用率,对解决电动汽车的续航里程问题起着至关重要的作用。电动汽车再生制动系统一般由制动系统控制器、操纵机构、电机制动系统、机械制动系统和能量储存系统组成。
在电动汽车行驶时,当驾驶员向整车控制器发出制动命令时,确定汽车工作在再生制动模式下,此时电机则以发电机的形式工作将产生的电量传递到储能装置,且反向的电枢电流会产生有利于汽车制动的转矩,与机械摩擦相互配合共同降低车速。
高频开关安装在电机电枢的两侧,让电路以高频率的形式接通或断开,产生感应电势E和感应电流I2;当电动汽车处于制动状态时,电机和开关S构成闭合回路,感应电流则为制动电流I1;当开关S断开后,电流变化率迅速增大,感应电动势E也立即增大,当达到E>U时,电流方向变为从电机到蓄电池,电池则进入充电状态,这样就实现了电流回馈,此时的回馈电流大小为I2。
(二)工作方式
制动能量的回收越多越好,理论上单纯使用再生制动可以做到让每次制动产生的能量都能被回收,但再生制动力矩受到很多条件限制,为确保制动的稳定性,还需要加上原有的机械摩擦制动系统,一起构成混合制动机构。混合制动机构按照两者作用的方式可以分为串联制动和并联制动模式。串联制动的工作方式是随整车制动力的大小而变化的,始终坚持再生制动优先性的原则。并联制动是再生制动力与机械摩擦制动力之间始终按一固定比例分配,在参与工作时具有同时性。并联制动与串联制动相比,能量利用率较低,回收的能量相对较少。但并联制动也有其优势,它只需在原有的机械式制动系统上进行改动,结构较为简单,制造成本低。
(三)储能方式
第一,利用动力蓄电池吸收制动能量:此种方案常用在电动汽车或混合动力电车上,电储能方式能量吸收和释放时无污染、行车噪声小、能量转化率高且结构简单紧凑易于保养和维护。但是在放电过程中,随着放电电流增大,锂离子蓄电池温度升高,使蓄电池容量降低。因此此种方式在电动汽车上应用尚不成熟。
第二,超级电容:超级电容凭借其功率密度高,充电速度快,寿命长,效率高以及低温性能好等优点,被普遍认为是纯电动汽车领域中颇具潜力的技术。但是其能量密度较低,作为汽车单一能量来源会造成体积和重量过大,且增加成本。所以,超级电容作为辅助动力源较为合适。
第三,液压储能:相比于大型车辆,小型电动汽车由于质量较小,液压蓄能器的体积和液压传动系统做得较小即可满足使车辆从静止起步加速到一定值的要求。利用液压储能技术,可以让蓄电池保持在良好的工作状态,不发生过充和过热情况,延长了蓄电池的使用寿命,降低整车使用寿命范围内使用蓄电池的成本,因此液压储能技术完全可以应用在电动汽车上。
三、电动汽车再生制动技术面临的挑战
电动汽车在制动时,为防止车轮抱死,由ABS监测得出的信息则应减小制动压力,而车轮速度减低,电机提供的再生制动力矩增大,就会形成ABS要减小力矩而电机要增大力矩的矛盾。且现今大部分纯电动车辆的再生制动为单独依靠单轴(如驱动轮拖动电机)进行再生制动,容易在制动过程中造成前后制动力分配不均导致个别车轮在低附着地面上提前抱死,或者前后轮制动摩擦不均匀从而加速轮胎异常磨损。在保证汽车制动安全性与稳定性的前提下,研发人员需要对纯电动汽车的再生制动控制进行优化。能实现摩擦制动与再生制动的协调,还能利用再生制動的快速响应特性更好地实现汽车的防抱死性能。考虑到能量回收的能力以及驾驶员感受,需要结合车轮制动转矩与电机能量回收制动转矩进行协调控制,达到某个能充分回收制动能量的目标。这项技术不仅需要更多的理论控制基础而且需要实车试验来进行严谨验证。
四、再生制动的前景展望
从大局来看,国内应在稳步优化基础制动策略的前提下,与国外新思路相结合,如寻找当前热门的车联网/智能驾驶技术与再生制动的共性,但是又不能局限于跟随国外研发方向,应该逐步结合国内需求以及自身环境来解决再生制动执行的具体问题,并推进发展环境友好、符合国内复杂交通、符合消费者需要的再生制动系统。

THE END

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