制动是车辆的重要方面之一。我们在车辆中使用的机械制动系统有一个很大的缺点，即浪费车辆的动能作为热量。这通过影响燃油经济性而降低了车辆的整体效率。在城市驾驶周期中，与高速公路驾驶周期相比，我们倾向于更频繁地启动和停止车辆。由于我们经常在城市行驶周期中使用制动器，因此能量损失更大。工程师想出了再生制动系统以传统制动方法恢复制动过程中作为热量散发的动能。按照物理定律，我们无法恢复丢失的所有动能，但仍有大量动能可以转换并存储在电池或超级电容器中。回收的能量有助于改善传统车辆的燃油经济性，并有助于扩大电动车辆的续航里程。要注意的是，再生制动的过程在恢复动能的同时有损失。在继续之前，您还可以查看有关电动汽车的其他有趣文章：
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再生制动的概念可以在使用飞轮的常规车辆中实现。飞轮是具有很高惯性的磁盘，它们以很高的速度旋转。它们通过吸收（存储）制动过程中车辆的动能而充当机械能量存储设备。制动过程中回收的能量可用于在启动或上坡运动期间辅助车辆。
在电动汽车中，我们可以通过电子方式更有效地结合再生制动。这将减少对重型飞轮的需求，从而增加了车辆的总重量。电动车辆具有用户之间的范围焦虑的固有问题。尽管在市区行驶周期中车辆的平均速度约为25至40 kmph，但频繁的加速和制动很快会耗尽电池电量。我们知道，电动机可以在某些条件下充当发电机。通过使用此功能，可以防止浪费车辆的动能。当我们在电动汽车中应用制动器时，电动机控制器（基于制动踏板传感器输出）会降低性能或使电动机停止运转。在此操作期间，电机控制器设计为回收动能并将其储存在电池或电容器组中。再生制动有助于将电动汽车的行驶里程扩大8-25％。除了节省能源和扩大范围外，它还有助于有效控制制动操作。
在机械制动系统中，当我们踩下制动踏板时，车轮上会施加反向扭矩。类似地，在再生制动模式下，借助于电动机控制器在电动机中启动负转矩（与运动相反），从而降低了车辆的速度。有时，当人们看到电动机在再生制动模式下反向旋转时会充当发电机的概念时，人们会感到困惑。在本文中，您将了解如何在电动汽车中通过再生制动方法恢复动能。
电动机如何充当发电机
首先，我们将重点了解电动机如何充当发电机。我们都在机器人应用（例如线路跟随器）中使用了永磁直流电动机。当连接到电机的机器人的轮子自由旋转（用手向外旋转）时，有时电机驱动器IC会损坏。发生这种情况是因为电动机充当发电机，并且在驱动器IC两端施加了产生的反电动势（幅度更大的反向电压），从而损坏了它。当我们在这些电动机中旋转电枢时，它会切断永磁体的磁通量。结果，感应出了EMF以对抗通量的变化。因此，我们可以测量电动机端子上的电压。这是因为反电动势是转子速度（rpm）的函数。当转速更高时，并且如果生成的反电动势大于电源电压，则电动机将用作发电机。现在让我们看看该原理如何在电动汽车中起作用，以避免由于制动而造成的能量损失。
当电动机使车辆加速时，与之相关的动能随速度的平方增加。在滑行期间，当动能变为零时，车辆停止。当我们在电动汽车中使用制动器时，电动机控制器的运行方式使电动机静止或降低其速度。这涉及将电动机转矩的方向反转为旋转方向。在此过程中，连接到驱动桥的电动机的转子在电动机中产生一个EMF（类似于驱动发电机转子的原动机/涡轮机）。当产生的EMF大于电容器组的电压时，功率从电动机流向电容器组。因此，回收的能量存储在电池或电容器组中。
电动汽车再生制动的工作原理
让我们考虑一下，汽车有一个三相交流感应电动机作为推进电动机。根据电动机的特性，我们知道当三相感应电动机以高于其同步速度的速度运行时，转差率变为负值，电动机将充当发电机（交流发电机）。在实际情况下，感应电动机的速度始终小于同步速度。该同步速度是由于三相电源的相互作用而产生的定子旋转磁场的速度。在启动电动机时，转子中感应的电动势最大。随着电动机开始旋转，感应的EMF随滑差而减小。当转子速度达到同步速度时，感应电动势为零。在这一点上，如果我们尝试将转子旋转到高于该速度，则会感应出电动势。在这种情况下，电动机将有功功率提供回市电或电源。我们应用刹车来降低车辆的速度。在这种情况下，我们不能期望转子速度超过同步速度。这就是电机控制器的作用所在。出于理解的目的，我们可以像下面给出的示例一样可视化。
让我们假设电动机以5900 rpm的转速旋转，并且当制动时，供电频率为200 Hz，我们必须降低rpm或将其降低至零。控制器根据来自制动踏板传感器的输入进行操作并执行该操作。在此过程中，控制器将电源频率设置为小于200 Hz，例如80 Hz。因此，电动机的同步速度变为2400 rpm。从电动机控制器的角度来看，电动机的速度大于其同步速度。由于我们在制动操作期间降低速度，因此电动机现在充当发电机，直到rpm降低至2400。在此期间，我们可以从电动机中提取电能并将其存储在电池或电容器组中。要注意的是，在再生制动过程中，电池继续向三相感应电动机供电。这是因为在电源关闭时感应电动机没有磁通源。因此，电动机在充当发电机时会从电源汲取无功功率以建立磁链，并将有功功率回馈给它。对于不同的电动机，在再生制动期间恢复动能的原理是不同的。永磁电动机可以在没有任何电源的情况下充当发电机，因为它在转子中具有磁体以产生磁通量。同样，很少有电动机具有剩磁，从而消除了产生磁通量所需的外部励磁。这是因为在电源关闭时感应电动机没有磁通源。因此，电动机在充当发电机时会从电源汲取无功功率以建立磁链，并将有功功率回馈给它。对于不同的电动机，在再生制动期间恢复动能的原理是不同的。永磁电动机可以在没有任何电源的情况下充当发电机，因为它在转子中具有磁体以产生磁通量。同样，很少有电动机具有剩磁，从而消除了产生磁通量所需的外部励磁。这是因为在电源关闭时感应电动机没有磁通源。因此，电动机在充当发电机时会从电源汲取无功功率以建立磁链，并将有功功率回馈给它。对于不同的电动机，在再生制动期间恢复动能的原理是不同的。永磁电动机可以在没有任何电源的情况下充当发电机，因为它在转子中具有磁体以产生磁通量。同样，很少有电动机具有剩磁，从而消除了产生磁通量所需的外部励磁。在再生制动中恢复动能的原理是不同的。永磁电动机可以在没有任何电源的情况下充当发电机，因为它在转子中具有磁体以产生磁通量。同样，很少有电动机具有剩磁，从而消除了产生磁通量所需的外部励磁。在再生制动中恢复动能的原理是不同的。永磁电动机可以在没有任何电源的情况下充当发电机，因为它在转子中具有磁体以产生磁通量。同样，很少有电动机具有剩磁，从而消除了产生磁通量所需的外部励磁。
在大多数电动车辆中，电动机仅连接至单个驱动轴（大部分连接至后轮驱动轴）。在这种情况下，我们需要为前轮采用机械制动系统（液压制动）。这意味着控制器在施加制动时必须保持机械和电子制动系统之间的协调。
再生制动是否值得在所有电动汽车中实施？
毫无疑问，再生制动方法的概念具有巨大的能量捕获潜力，但它也有一些局限性。如前所述，与可以放电的速度相比，可以充电的速度很慢。这限制了电池在突然制动（快速减速）过程中可以存储的回收能量。不建议在充满电的情况下使用再生制动。这是因为过度充电会损坏电池，但是电子电路会防止过度充电。在这种情况下，电容器组可以存储能量并有助于扩展范围。如果不存在，则应用机械制动来停止车辆。
我们知道动能由0.5 * m * v 2给出。我们可以获取的能量取决于车辆的质量以及行进的速度。电动汽车，电动巴士和卡车等重型车辆的总质量更高。在城市驾驶循环中，这些重型车辆即使在低速行驶时仍会在加速后获得较大的动力。因此，与以相同速度行驶的电动踏板车相比，在制动过程中可用的动能更多。因此，在电动汽车，公共汽车和其他重型车辆中，再生制动的有效性更高。。尽管很少有电动踏板车具有再生制动的功能，但其对系统的影响（回收的能量或扩展的范围）不如电动汽车有效。
需要电容器组或超级电容器
在制动过程中，我们需要立即停止或降低车辆的速度。因此，那一刻的制动操作时间很短。电池对充电时间有限制，我们不能一次浪费更多的能量，因为它会使电池退化。除此之外，电池的频繁充电和放电还降低了电池的寿命。为避免这些情况，我们在系统中添加了一个电容器组或超级电容器。超级电容器或超级电容器可以连续充电和充电许多次，而不会降低性能，这有助于延长电池寿命。超级电容器具有快速响应，有助于在再生制动过程中有效捕获能量峰值/电涌。选择超级电容器的原因是它可以存储的能量是电解电容器的20倍。该系统装有一个直流到直流转换器。在加速过程中，升压操作使电容器放电至阈值。在减速（即制动）期间，降压操作可使电容器充电。超级电容器具有良好的瞬态响应，这在车辆启动期间很有用。通过将回收的能量与电池分开存放，它可以帮助扩展车辆的行驶范围，并且还可以借助升压电路来支持突然加速。降压操作允许电容器充电。超级电容器具有良好的瞬态响应，这在车辆启动期间很有用。通过将回收的能量与电池分开存放，它可以帮助扩展车辆的行驶范围，并且还可以借助升压电路来支持突然加速。降压操作允许电容器充电。超级电容器具有良好的瞬态响应，这在车辆启动期间很有用。通过将回收的能量与电池分开存放，它可以帮助扩展车辆的行驶范围，并且还可以借助升压电路来支持突然加速。