我知道许多电动汽车都能将汽车的动量转换成电池中存储的能量，而不是将其转换成制动片上的无用热量。这是如何运作的？我如何自己实施？

可能您已经拥有了，只是不知道。如果您在驱动带有半桥或H桥以及PWM或类似功能的电机，则会产生再生制动。让我们考虑一个半桥，因为对于此分析，我们将仅在一个方向上运行电动机：

首先，让我们考虑非再生制动。如果电桥输出为高电平（S1关闭，S2打开），则电动机将加速至全速。如果现在将电桥切换为低电平，则电动机将不会仅缓慢滑行至停止。它会猛然停止，就好像有人踩刹车一样。为什么？

可以将电动机建模为串联电感器和电压源。电机转矩与电流成正比。电压源称为反电动势，它与电动机的速度成正比。这就是为什么电动机在加载时会吸收更多电流的原因（或者最坏的情况是停转）：随着速度的降低，反电动势会降低，并且与电源电压的对抗会减少，从而导致电流增大。让我们用该模型重绘原理图，并用值来表示我们的电动机正在高速旋转：

该电动机全速运行。我们有一个小电流来克服电动机中的摩擦，反电动势是电源电压，减去R1上的压降。由于反电动势会抵消大部分电源电压，因此没有多少电流流过，因此L1和R1仅看到100mV。现在，当我们将电桥切换到低端时会发生什么？

起初，什么都没有。L1防止电流立即变化。但是，这种情况不会持续很长时间，并且很快（由的时间常数定义，通常不超过几），反电动势（V1）反转了电流，现在它将在另一个方向。它也非常大，因为现在L1和R1看不到的微小差异（这是），但是现在他们仅看到V1的全部9.9V：$L_1 / R_1$$ms$$V_{B1}-V_1$$100mV$

现在，我们有大电流沿相反方向流动。扭矩与电流成正比，因此现在我们不是施加轻微的顺时针方向的力，而足以克服摩擦，而是施加了坚硬的逆时针方向的力，并且机械负载迅速减速。随着电动机速度的降低，V1也会降低，因此电流以及随之产生的转矩也会降低，直到负载不再旋转。

能量去了哪里？机械负载的动能是能量。它不能消失，对吗？

对。如果您再次看一下电路，我们有9.9A流过R1。。负载的动能在电动机的绕组电阻（以及实际电路中的H桥晶体管）中转化为热量。如此高的功率会损坏某些电机。其他人可能没有。反电动势产生的电流与电机的堵转电流一样大，因此，如果您的电机可以在不过热的情况下失速运行，则整天都可以制动。$P_{R1} = (9.9A)^2 1\Omega = 98.01W$

那么，如何存储能量，而不是将其转换为热量？

让我们看一下开始制动后但停止之前发生的情况：

电机已明显减速（反电动势为1V），并且电流随之降低。现在，如果我们将桥切换到高端，该怎么办？

啊哈！我们正在为电池充电！当然，如果我们像这样长时间保持（再次由时间常数定义），那么电流方向将反转，我们将为电池充电，并为电机加速而不是制动。$L_1 / R_1$

所以不要那样做。只要我们保持这种状态，电流就会减小。因此，我们在电桥为低电平的情况下切换回另一个状态，以便反电动势可以建立电流备份。然后我们再次切换，并将其中的一些射入电池。重复，快速。

如果听起来像通常对PWM电机控制所做的那样，那是因为确实如此。这就是为什么您可能已经拥有它，而只是不知道它的原因。

一旦了解了操作原理，就可以进行一些简化。当电动机由PWM驱动时，电动机（L1）的电感就像飞轮一样工作，平均施加在电动机上的电压。好像您有一个真正的飞轮，然后用锤子反复敲打飞轮。因此，在此示例中，我们的电源电压为10V。如果我们的PWM占空比为80％，则可以有效地以8V驱动电机（）。$80\% \cdot 10V = 8V$

只要反电动势大于此电压，就会产生再生制动。每当PWM占空比的下降速度快于外力（例如，摩擦力）会使电动机减速时，就会发生这种情况。电路中的任何电阻都会减少您可以从机械负载中恢复的能量。在最极端的情况下，PWM占空比降低到0％，并且电机端子一起短路，电流非常高，损耗达到100％。（）$P = I^2 R$

您也可以打开电桥上的所有晶体管，电感电流将通过电桥中的二极管消失。这样，反电动势和电池都将没有驱动电流的路径，并且电动机将空转。当然，除非有某种外力使电动机加速，足以将反电动势推到高于电源电压的水平。车辆从山上滚下来就是一个很好的例子。

在所有其他情况下，您将获得再生制动。

实际后果

您必须考虑如何处理电动机的机械能。电池可以吸收能量，但是电池的数量和速度会受到限制，具体取决于电池类型。一些电源（例如线性稳压器）根本无法吸收能量。

如果您没有为电池或电路中的其他负载提供能量的地方，它将进入电源去耦电容器。如果您从电动机返回的能量足够多，而电容又不足，则电源干线电压将会增加，直到出现故障。

您必须设计电路，以免发生这种情况。在电动汽车中，如果电池无法吸收汽车的更多动能，则有复杂的电池控制器将采用常规制动器。您也可以跨电源轨接通功率电阻，或者将电动机控制器设计为在制动过多时退避制动。

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令人反省的修辞问题

如果我们有一个没有绕组电阻的电动机，并且我们有一种无需增加任何附加电阻（理想的晶体管和电线）的方式来驱动它，会发生什么？显然，它更有效。但是，电动机的速度如何随施加的电压和机械负载而变化？提示：如果尝试通过增加或减少机械负载来改变电动机的速度，反电动势对电流有什么作用？