制动能量回收技术现状及发展趋势

研究生课程考核试卷

（适用于课程论文、提交报告）

科目：汽车技术现状及发展趋势教师：贺岩松姓名：赵金龙学号：20110702218 专业：车辆工程类别：学术

上课时间：2011年11月至2011年11 月

考生成绩：

卷面成绩平时成绩课程综合成绩

阅卷评语：

阅卷教师(签名)

重庆大学研究生院制

再生制动技术现状及发展趋势

摘要

随着新能源危机的加剧，混合动力汽车和纯电动汽车已经成为新一代汽车的发展方向，而再生制动技术作为混合动力汽车和电动汽车的一向重要节能技术，已经得到越来越大的重视。再生制动技术使汽车在制动过程中将一部分动能转化为电能并储存在储能装置中，实现了制动减速时的能量再利用。本文对再生制动的工作原理、技术发展现状进行了详细的阐述，并提出日后的发展趋势。

关键词：制动能量；制动能量回收；发展现状

Regenerative Braking Technology Status and Development Trends

ABSTRACT

With the new energy crisis intensifies,hybrid vehicles and pure electric vehicles has become the new direction of next generation car, and regenerative braking technology as an important energy-saving technology for hybrid vehicles and electric cars has been paid more and more attention. During braking, part of the kinetic energy will be turn into electrical energy by regenerative braking technology so that we can achieve the energy re-use when the car speed is braking deceleration.In this paper, regenerative braking technology works and research status has been elaborated in detail and proposed the future development trend.

Key words: Braking energy; Energy regeneration and use; Research status

1. 前言

再生制动(Regenerative braking)亦称反馈制动，是一种使用在汽车或铁路列车上的制动技术。普通的制动方法是把车的动能，以摩擦的形式直接转化成热能，而再生制动则是在制动时把车辆的动能转化并储存起来，而不是变成无用的热。

目前，制动能量还不能被充分的回收利用，只能任大量的制动动能通过摩擦转变成热能耗散掉，还造成车辆制动系统过早磨损。因此，采用先进的能量回收技术，应用现代车辆设计方法和手段，对汽车的制动能量回收进行深入研究具有十分重要的意义。再生制动技术针对原本废弃的能量，将其回收再利用，使其获得“新生”，实现节省燃料、降低排放、减小制动噪声、改善车辆制动安全性

等作用，为车辆的经济性和安全性提供保障。

2. 再生制动原理

再生制动是指汽车在减速或制动时，通过与驱动轮(轴)相连的能量转换装置，把汽车的一部分动能转化为其他形式的能量储存起来，在减速或制动的同时达到回收制动能量的目的；然后在汽车起步或加速时义释放储存的能量(如图1所示)，以增加驱动轮(轴)上的驱动力或增加混合动力汽车及电动汽车的续驶里程。

图1 再生制动原理示意图

理论上汽车制动能量回收的方法有空气储能、液压储能、飞轮储能和电储能。空气储能装置结构庞大，密封性能要求很高，实用化困难；液压储能装置能量密度低，但功率密度大，其零部件密封性能要求高，控制结构复杂和存在工作噪声等；飞轮储能装置功率密度较大，其体积小质量轻，但要求高转速和周围空间真空，技术上实现较复杂，且只能短时间储能；电储能各方面性能均很好，且结构简单，只是功率密度低，能量转换环节多。随着汽车驱动电机技术和储能技术的进一步发展，采用电机来回收与利用制动能量越来越显现出其优势．特别是在纯电动或混合动力汽车中，主要采用电储能的再生制动方式。

3. 再生制动的研究现状

3.1 能量转换装置

在电储能再生制动中，能量转换装置的作用是进行制动和驱动转矩的变换，把汽车惯性动能转换成为电能，是一个发电过程。为了实现制动能量的回收和释

放，都还需要有合适的传动装置，目前普遍采用集成电机形式，用一个电机和一个行星齿轮机构组合，电机既担当发电机(再生制动电机)又担当电动机(驱动电机)，并与两个离合器联用来满足功能要求。用作汽车再生制动集成电机主要有直流电机、交流异步电机、无刷永磁电机和开关磁阻电机系统。

直流电机在单极性斩波器的调速系统中，在斩波调压时能量不能回馈，制动时能量回收效率低。双极性斩波器能够保持电流有一定的连续性，可以使电机在四象限中运行，在斩波调压时能量能够回收，回收效率较高，调速范围也更大一些，最高转速可达4000—6 000r／min，低速平稳性好。但由于直流电机的换向器需保养，又不适合高速运转，除小型车外，目前一般己不采用。

交流异步电机驱动时要采用宽调制型逆变器来构成变压变频(VVVF)的调速控制系统。这种调速系统最高转速可以达到15000r／min，电机能够实现四象限运行，制动时能量能够回收，大大地扩大了交流电机的使用范围但矢量控制的调速系统控制技术难度较大，控制元件较多，控制叫路复杂，控制器的外形尺寸也较大。

永磁无刷电机也是采用逆变器来控制调速，同时还要用转子位置检测器进行极性检测，以及用电子开关换向，如果采用双向导通开关进行换向，可以提高永磁无刷电机的转矩特性，还可以控制永磁无刷电机实现四象限运行。永磁无刷电机最高转速可达到10000r／min，并且体积小、质量轻、控制性能很好。但是。永磁电机如果在大的过载电流下，可能导致永磁材料的导磁性能下降，严重时会产生退磁而使电机损坏，所以，必须严格控制过载电流。永磁无刷电机的控制元件较多，控制回路复杂。

开关磁阻电机是一种新型电机。它的控制系统是由控制器、功率转换器、位置检测器和电流检测器等部分电子元件组成。开关磁阻电机系统结构紧凑、牢同，适合于高速运行，并且驱动电路简单、成本低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便地实现四象限控制，是汽车驱动及再生制动能量I 口1收与利用集成电机的发展趋势。

3.2 能量存储装置

电化学电池：电化学电池是汽车储能的传统选择，主要包括铅酸电池(Lead —acid)、镍金属电池(Cd—Ni和MH—Ni)、锂电池(Li—ion和Li—polymer)等。铅酸电池可靠性高、原料易得、成本低、适用温度和电流范围大，一直在汽车储能中使用最广泛但铅酸电池作为制动能量储能系统，而存在的缺点主要是充电速度慢、循环使用寿命过低等。镍金属电池有Cd—Ni和MH—Ni电池，但由于镉对环境有污染，很多国家限制发展和使用Cd—Ni电池。MH—Ni电池是一种绿色镍金属电池，具有很高的能量存储能力；但它的单元电池额定电压较低，仅为1．2 V