電動(dòng)自行車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要： 本文詳細(xì)闡述了車輛制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的概念，并結(jié)合我國(guó)目前的能源與交通狀況，就電動(dòng)自行車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)意義、國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀、特色創(chuàng)新等展開(kāi)探討，并得出了一些有益結(jié)論。

關(guān)鍵詞： 電動(dòng)自行車 制動(dòng)能量回收 設(shè)計(jì)

1.課題闡述

制動(dòng)能量回收是指車輛制動(dòng)時(shí)，將動(dòng)能依靠發(fā)電機(jī)儲(chǔ)存在電動(dòng)車的儲(chǔ)能裝置中重新加以回收利用，同時(shí)產(chǎn)生一定的負(fù)荷阻力使電動(dòng)自行車速度降低，當(dāng)電動(dòng)車再次啟動(dòng)或加速時(shí)再生系統(tǒng)又將存儲(chǔ)的能量再次轉(zhuǎn)化為電動(dòng)自行車行駛時(shí)所需要的能量。這樣就可以增加一次充電的續(xù)行里程數(shù)，避免了不必要的能量損失，減少了能耗。

2.課題研究的意義

自上世紀(jì)以來(lái)，汽車工業(yè)的發(fā)展開(kāi)始面臨兩大難以回避的挑戰(zhàn)：能源短缺與環(huán)境保護(hù)。根據(jù)目前世界石油總儲(chǔ)量和年產(chǎn)量計(jì)算，石油資源最多再能支持三、四十年的工業(yè)消費(fèi)，再加上政治、局部戰(zhàn)爭(zhēng)等不穩(wěn)定因素對(duì)能源安全的影響，汽車的燃料供應(yīng)存在著潛在的隱患。此外汽車尾氣造成的大氣污染日益加劇，嚴(yán)重威脅到人類的生存環(huán)境。而在中國(guó)，只有少數(shù)人才能買(mǎi)得起小汽車，而絕大多數(shù)入還不具備買(mǎi)小汽車的經(jīng)濟(jì)能力。同時(shí)燃油價(jià)格飛速上漲，停車車位的緊張，日益擁堵的道路狀況也阻礙了人們對(duì)小汽車的購(gòu)買(mǎi)力，部分城市已經(jīng)采用對(duì)汽車實(shí)行搖號(hào)限購(gòu)，單雙號(hào)限行等措施來(lái)應(yīng)對(duì)交通擁堵問(wèn)題。并將發(fā)展大型公共交通系統(tǒng)作為解決問(wèn)題的唯一出路，但受制于投資規(guī)模和宏觀經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)的約束，以及公共交通的局限性，現(xiàn)實(shí)效果并不十分理想。

電動(dòng)自行車輕便，速度適中，安全價(jià)廉，無(wú)噪音、尾氣污染，占用車位小，可大大提高非機(jī)動(dòng)車道的通行效率，非常適合城市內(nèi)單人短程出行，具有其他交通工具無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，全國(guó)原4.5億自行車用戶中至少有3.5億將成為電動(dòng)車用戶。中國(guó)目前已是全球最大的電動(dòng)自行車生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，年產(chǎn)量和消費(fèi)量占世界總產(chǎn)量和消費(fèi)量的比重均超過(guò)90%。2010年，中國(guó)共生產(chǎn)電動(dòng)自行車2954萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)33%。

作為電動(dòng)自行車的儲(chǔ)能系統(tǒng)蓄電池，從目前來(lái)看仍然是限制電動(dòng)自行車發(fā)展的瓶頸。這主要是因?yàn)槠淠芰棵芏鹊停潆姇r(shí)間長(zhǎng)，體積和重量大，一次充電行駛里程短。

解決問(wèn)題的辦法除了改進(jìn)蓄能和驅(qū)動(dòng)方式外，改進(jìn)制動(dòng)能量回收裝置也是一大新的發(fā)展方向。有研究表明，在行駛狀況變化比較頻繁的路段，采用制動(dòng)能量回收可增加續(xù)駛里程約20%。

3.課題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的研究還處于起步階段，尚未有成熟產(chǎn)品大規(guī)模地推廣應(yīng)用。研究的熱點(diǎn)主要集中在儲(chǔ)能裝置、蓄電池技術(shù)、新型電機(jī)、制動(dòng)過(guò)程的控制策略等方面。國(guó)外方面，戴姆勒集團(tuán)子公司Smart與知名電動(dòng)腳踏車大廠Garce合作研發(fā)的電動(dòng)自行車ebike，剛剛于2012年上半年發(fā)售，該車通過(guò)搭配鋰電池系統(tǒng)來(lái)回收制動(dòng)能量。

4.課題已有的研究基礎(chǔ)

現(xiàn)有的能量回收方案通常是將電動(dòng)自行車制動(dòng)或減速時(shí)的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在電池中，這種采用直接向蓄電池充電來(lái)吸收再生制動(dòng)回饋的能量，其缺點(diǎn)是蓄電池難以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間大功率充電，以及充放電循環(huán)次數(shù)有限、成本高。

目前電動(dòng)汽車領(lǐng)域已開(kāi)始嘗試使用超級(jí)電容儲(chǔ)能元件進(jìn)行能量回收。超級(jí)電容是一種介于電池和靜電電容器之間的儲(chǔ)能元件，具有很大的功率密度，適合用作短時(shí)間功率輸出源。具有比功率高、比能量大、一次儲(chǔ)能多等優(yōu)點(diǎn)，亦可平滑動(dòng)力電池充放電流，使動(dòng)力電池的使用壽命有較大延長(zhǎng)。

現(xiàn)有方案的另一個(gè)問(wèn)題是基本都使用電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)，這對(duì)原電動(dòng)機(jī)的性能要求過(guò)高且難以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力矩的任意調(diào)節(jié)，不符合人們對(duì)于傳統(tǒng)制動(dòng)器的操作習(xí)慣。

5.課題創(chuàng)新特色

（1）將電動(dòng)自行車制動(dòng)時(shí)本應(yīng)由摩擦制動(dòng)器消耗的能量回收利用，增加電動(dòng)自行車的行駛里程數(shù)，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，緩解其對(duì)環(huán)境的影響。

（2）制動(dòng)能量在回收利用的同時(shí)產(chǎn)生再生制動(dòng)力對(duì)車輛進(jìn)行減速制動(dòng)，由于這種制動(dòng)效果是非物理接觸的，所以可以起到類似汽車防抱死系統(tǒng)（ABS）的效果，避免傳統(tǒng)制動(dòng)器的抱死，減少制動(dòng)噪音，減輕輪胎的磨損，延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，提高駕駛的安全性。

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