纯电动城市客车再生制动能量回收系统浅析

周宏峰
同济大学

【摘要】介绍了上海世博会园区内运行的纯电动城市客车SWB6121EV2的再生制动能量回收系统的基本工作原理和动力总成系统的基本情况。

关键词：纯电动客车 再生制动 能量回收

0 引言

绿色清洁无污染的城市客车已成为各国政府和民众所期盼的一种产品。在2010年的上海世博会上运行着一种零排放的纯电动城市客车——SWB6121EV2纯电动城市客车。纯电动汽车的定义是指完全由动力蓄电池提供电力驱动的电动车，在理论上可实现零排放的汽车技术。除了零排放之外，纯电动汽车的另一大显著特征是驱动系统具有再生制动能量回收的功能。

1 再生制动能量回收的原理

再生制动能量回馈是指汽车制动减速时，将其中一部分机械能转化为其他形式的能量，并加以再利用的技术。在SWB6121EV2纯电动客车上，其基本原理是：当车辆制动时，驱动电机以发电机的形式工作，将车辆行驶的动能及势能，转化为电能，并存储在动力电池组内；当车辆正常起步、加速或匀速行驶时，动力电池组将储存的电能供给驱动电机，驱动车辆行驶（见图1）。

2 能量存储装置

在SWB6121EV2纯电动客车上，其驱动能量来源是动力电池组，因此，相应的制动能量回收后，存储在动力电池组中。

由图2的原理图可以看出，当能量回收系统开始工作时，主电机以发电机的形式，将后桥传递来的机械能转化为电能，通过控制器和电池管理系统（BMS）存储到动力电池组中去。

SWB6121EV2纯电动客车采用的是磷酸铁锂电池组，其具有寿命长、安全性好、稳定性高、耐高温性好、充电时间短、清洁环保、成本较低以及材料普通等优点。

3 动力装置

在SWB6121EV2纯电动客车上配置的驱动电机是三相异步电动机。异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点。当驾驶员踩制动踏板时，制动踏板的位置会经由传感器输送到整车控制器，整车控制器在分析计算包括车速、制动力在内的一系列参数后，将指令发送到主电机控制器，如果符合能量回收的条件，此时，主电机会以发电机的模式来运转，电机的转子切割磁力线，产生感应电动势，最终产生电力。这部分电力被储存到动力电池中，在下一次的起步或者加速时，储存的电力可以用来驱动电机旋转，并驱动整车行驶。当主电机以发电机模式回收制动能量时，会在驱动轴上形成反向的转矩，从而使驱动轴转速减慢，达到车辆制动的效果。

4 控制策略

汽车的制动安全性是汽车最重要的指标之一。因此，在使用再生制动能量回收系统上，必要前提是保证车辆制动的安全性和稳定性。控制策略就是在保证制动安全性和稳定性的基础上，尽可能多地回收制动能量，并且辅助制动，减少制动摩擦副的损耗。

从图3中可以看出，主电机转速n随车速V一同上升；再生制动力矩T在车速V达到30～

5 能量回收对制动衬片的保护

在运行初期，由于调试等原因，一部分纯电动客车的再生制动功能没有打开，这正好可以和一直开启再生制动的客车做一个对比，比较制动衬片的磨损情况。

SWB6121EV2纯电动客车的前、后制动器都是盘式制动器。新的制动衬片厚度（连底板）为30mm，磨损极限为15 mm。

在表1中的5辆车，在最初运营的一个月内，没有开启再生制动功能，经测量，前、后制动衬片的预测里程数约为4.5万和5.7万km。

在表2中的5辆车，是从开始运营时，就开启了再生制动功能。其前、后制动衬片的预测里程数约为5.8万km和7.8万km。从两组实际测量及预测数据可以看出再生制动对制动衬片寿命的延长作用是显而易见的。

6 结语

再生制动能量回收的能力，是衡量新能源汽车系统先进与否的重要指标之一。纯电动汽车非常适合用于固定路线、固定里程的城市公交车，而再生制动也可以保证公交车有比较稳定制动表现，同时对制动摩擦副有很好的保护作用。通过进一步研究再生制动的工作特性，为制定完善的再生制动控制策略打下基础。