(2)再生制动
所谓再生制动,是指通过控制使车辆动力模块全部或部分具有能量逆向流动功能,从而实现将车辆的惯性能部分回馈至储能器,与此同时,对车辆起制动作用。在电动汽车中,再生制动的性质是电气制动,此时驱动电机工作处于发电模式。这里说的电动汽车再生制动是一种宏观称谓,它是指电动汽车在电气制动过程中,整体上表现为将车辆惯性能变成电能,并将其储存于蓄能器中。而在微观上,根据电机驱动系统功率变换器控制信号的不同,再生制动的基本制动模式有两种:一种模式是蓄能制动与回馈制动的交替,另一种是反接制动与回馈制动的交替。所谓蓄能制动是指驱动电机产生的电能除部分消耗于回路电阻上之外,其余全部以磁场能形式储藏于电路电感中的电气制动;所谓回馈制动是指驱动电机产生的电能除部分消耗于回路电阻之外,其余全部回馈于蓄能器中的电气制动;所谓反接制动是指驱动电机的反电动势与电源电压顺向串联所形成的一种电气制动,这种制动不但没有电能回馈于蓄能器中,反而蓄能器要输出电能。
混合动力电动汽车可以在制动时候通过再生制动进行能量回收,以便再次利用来提高能源的利用率,延长续驶里程。在车辆制动时,通常需要的制动转矩比电动机所能产生的最大转矩要大得多,所以在混合动力汽车或电动汽车中,摩擦制动与再生制动将会同时存在。由于再生制动的辅助制动作用,可以延长制动系统的工作寿命,特别是在连续下坡时候,提高效能的恒定性,摩擦制动在控制回路中的电磁阀存在死区时间,管路中的传力介质也存在滞后显现,所以制动延时比较大(一般在US以上),而再生制动中的电机时间常数一般在0.001S左右,所以再生制动的反应速度要快得多,同时再生制动的控制精度也要比摩擦制动精确。
2.影响馈能制动的因素
馈能制动受到多方面因素的影响,例如驱动类型、变速器类型与挡位、电机类型及其控制策略、蓄能器类型。下面对各主要因素进行简单分析。
(1)驱动类型
由于馈能制动只发生于驱动轮上,因此驱动轮承担的制动份额越多,制动能回收量就可能越多。由于制动时载荷前移及制动稳定性的约束,前驱型电动汽车比后驱型更有利于制动能的回收。全轮驱动的电动汽车具有的制动能回收能力最强。
(2)变速器类型与挡位
对于变速器采用CVT的电动汽车,馈能制动时,通过对CVT速比的控制,使电机沿最优效率工作线运行,或使电机与蓄电池的总效率最优,可提高制动能回收量。对装备AMT的电动汽车,馈能制动时,相同车速条件下,电机工作效率会因AMT挡位不同而不同,因此,需要根据运行状态进行自动换挡控制,使电机位于高效工作区,以提高制动能量收量。
(3)电机类型及其控制策略
在混合动力电动汽车的电驱动动力系统中,驱动电机的恒功率工作区越宽,电机在高效率区工作时间就越长,制动能回收效率就越高。目前适合于电动汽车的驱控制系统有4种:直流驱控系统、交流感应驱控系统、永磁同步驱控系统及开关磁阻驱控系统。直流驱控系统的优点是技术成熟、控制简单、调速性能好、成本低,缺点是系统笨重,维护性能差。交流感应驱控系统的优点是可靠性高、免维护及低成本,缺点是控制技术复杂,有待进一步提高。永磁同步驱控系统的优点是永磁同步电动机具有高比功率、高效率、高功率因素,缺点是成本高。开关磁阻驱控系统的优点是开关磁阻电动机结构简单、成本低、转矩/转速特性好,缺点是设计和控制非常困难、转矩脉动大及工作噪声大,成本高。
(4)蓄能器类型
用于电动汽车的蓄能器有蓄电池、超级电容器与蓄能飞轮,由于蓄电池技术相对成熟、价格合理及比能量高,是电动汽车目前与近期的主要蓄能器。内充电接受能力的大小对电机馈能制动能力的发挥起决定作用,SOC只有在适当范围内,蓄电池SOC及蓄电池短时间内充电接受能力的大小对电机馈能制动能力的发挥起决定作用,SOC只有在适当范围内,蓄电池才具有较强的充电接受能力,当蓄能器被充满时,就不能接受充电。此外,蓄电池比功率较小,不能接受瞬时大功率充电。与蓄电池相比,超级电容器的比功率大得多,因而可接受瞬时大功率充电。但其比能量只有蓄电池的20%左右,使用时必须把多个单体电容器串联成超级电容器模组才能运用,而且目前超级电容器价格仍较贵,并且必须使用升降压变换器与功率控制器,所以能量的损耗也较严重。因此,回收制动能时,可先将电能充入超级电容器,再经升压泵入蓄电池。蓄能飞轮的使用条件要求苛刻,再加上安全考虑,目前很难有所突破。而超级电容与蓄电池组成的复合电源系统兼顾了超级电容器接受瞬时大功率与蓄电池比能量大的优点,因此,这种复合电源最具有竞争力,是电动车蓄能系统发展的重要方向之一。