電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的分析研究

付海濤

（德州學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 德州 253023）

電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的分析研究

付海濤

（德州學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 德州 253023）

蓄電池儲(chǔ)電不足而造成續(xù)駛里程短是限制電動(dòng)汽車發(fā)展的一大因素。在文章中，通過對(duì)電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的分析，找出其影響因素，并介紹了制動(dòng)能量回收的方法。

電動(dòng)汽車；制動(dòng)能量回收；分析

1　電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

制動(dòng)能量回收是指電動(dòng)汽車在穩(wěn)定行駛的前提下，把汽車在剎車或滑行時(shí)產(chǎn)生的多余能量轉(zhuǎn)化為電能，再電能存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中，為蓄電池充電。減少蓄電池對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的依賴，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。對(duì)于傳統(tǒng)汽車來說，其在制動(dòng)時(shí)大都憑借摩擦制動(dòng)來消耗車輛的動(dòng)能或勢(shì)能，以實(shí)現(xiàn)控制車速的目的。而燃料電池、混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車則可以在制動(dòng)過程中把驅(qū)動(dòng)電機(jī)用作發(fā)電機(jī)，憑借整車慣性利用傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電，且在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到在減緩車速的同時(shí)轉(zhuǎn)化動(dòng)能和勢(shì)能的目的。

20世紀(jì)90年代初至21世紀(jì)初對(duì)于電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的研究著重于設(shè)計(jì)優(yōu)化方案以及制動(dòng)控制。而1997年的第十四屆電動(dòng)車年會(huì)上福特、本田、豐田等汽車公司及其研發(fā)人員發(fā)表的論文最具代表性。從2001年開始，電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的研究重點(diǎn)已開始逐漸由方案設(shè)計(jì)和控制策略轉(zhuǎn)移到優(yōu)化整車能量效率方面。美國(guó)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Argonne的專家對(duì)于行駛工況、整車質(zhì)量、功率合成裝置的控制策略等對(duì)HEV燃油經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生的影響進(jìn)行了分析。

2　電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)分析

2.1制動(dòng)能量回收的方法

通常按照電動(dòng)汽車能量?jī)?chǔ)存方法的不同，我們將電動(dòng)汽車制動(dòng)能量的再生方法分為電化學(xué)、液壓、和飛輪儲(chǔ)能。

飛輪儲(chǔ)能是利用慣性方式來儲(chǔ)存及釋放能量的一種機(jī)械儲(chǔ)存能量的方法。汽車制動(dòng)時(shí)，其首先帶動(dòng)飛輪加速，然后把汽車減速或制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成飛輪快速旋轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)能。汽車再次啟動(dòng)時(shí)，汽車行駛的驅(qū)動(dòng)力是由飛輪通過傳動(dòng)裝置將其存儲(chǔ)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換而成的。

液壓儲(chǔ)能，它是在制動(dòng)過程中的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為液壓能儲(chǔ)存在蓄能器。然后在汽車再次啟動(dòng)或加速時(shí)，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和能量存儲(chǔ)裝置中的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，在反應(yīng)在汽車上的形式的機(jī)械能，提高汽車的驅(qū)動(dòng)力。

電化學(xué)儲(chǔ)能是先把汽車減速時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能，經(jīng)由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，再將它用化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在在儲(chǔ)能器中的一種儲(chǔ)能方法；汽車再次出發(fā)的時(shí)候（或加速度），然后根據(jù)電機(jī)的能量?jī)?chǔ)存為化學(xué)將車輛的動(dòng)能。

2.2影響制動(dòng)能量回收的因素

（1）循環(huán)工況下制動(dòng)能量分析。整車在循環(huán)工況的運(yùn)行過程中驅(qū)動(dòng)輪處的功率可由式（1）計(jì)算，

因?yàn)檠h(huán)工況中的車速和加速度不停在變化，所以驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)功率也在不停變化。電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量和驅(qū)動(dòng)在循環(huán)工況下的計(jì)算公式為：

為了方便對(duì)上式的分析，我們將驅(qū)動(dòng)以及制動(dòng)過程中的能量相應(yīng)的加以考慮，作出如下規(guī)定：加速度是不帶符號(hào)的量，使，S是循環(huán)工況運(yùn)行的總里程（單位：km），因此我們可以得到單位里程的單位質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)能量以及制動(dòng)能量：

式（3）中，α、β、γ分別跟驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下克服的滾動(dòng)阻力、空氣阻力和加速阻力消耗的能量有關(guān)：

其中Pt＞0為驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。

式（4）中α'、β'的計(jì)算公式和（5）、（6）基本相同，只是其對(duì)應(yīng)的制動(dòng)狀態(tài)為Pt＜0。而因?yàn)樵诟餮h(huán)工況下，汽車的初始和最終速度都為零，所以，式（3）和（4）中的γ系數(shù)相同。

式（3）與（4）列出了單元質(zhì)量單位里程驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)能量和車輛參數(shù)和周期。從表面上看，系數(shù)α、β、γ、α'和β'的計(jì)算僅只和循環(huán)工況里的車速及加速度有關(guān)，其實(shí)不然，它的積分區(qū)間會(huì)受到整車參數(shù)的影響。

（2）整車參數(shù)對(duì)制動(dòng)能量的影響。循環(huán)工況下，其驅(qū)動(dòng)能量主要被滾動(dòng)阻力、空氣阻力以及制動(dòng)系統(tǒng)等消耗，而這三環(huán)節(jié)所消耗的能量占驅(qū)動(dòng)能量的百分比，可由下面得出。把式（4）帶入（3）中可以得出：

其中，Et_ms、Ef_ms、Ew_ms、Eb_ms分表代表單位里程的單位質(zhì)量中的驅(qū)動(dòng)能量、滾動(dòng)阻力消耗的能量、空氣阻力消耗的能量以及制動(dòng)能量。

由關(guān)系式（3）和（4）我們可以得到制動(dòng)能量在驅(qū)動(dòng)能量中所占的比例與整車參數(shù)的關(guān)系為：

為了更好地分析Φ與整車質(zhì)量以及滾動(dòng)阻力系數(shù)的關(guān)系，我們分別用Φ對(duì)m及f0求導(dǎo)得出：

由上述可以知道，影響循環(huán)工況下的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)以及制動(dòng)能量的主要因素是整車質(zhì)量以及輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)。因此，選擇滾動(dòng)阻力小的輪胎以及整車輕量化對(duì)于減小電動(dòng)汽車的整車驅(qū)動(dòng)能量以及制動(dòng)能量非常關(guān)鍵。而減小輪胎的滾動(dòng)阻力對(duì)于提高制動(dòng)能量來說所產(chǎn)生的效果要更加顯著。

3　結(jié)語

主要對(duì)電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)進(jìn)行了分析，論述了制動(dòng)能量回收系統(tǒng)研究的意義及重要性，介紹了制動(dòng)能量回收的幾種方法，分析了制動(dòng)能量回收的主要影響因素，主要有循環(huán)工況、整車參數(shù)等。

［1］汪貴平，寧航，龔賢武，等.基于嵌入式系統(tǒng)的汽車復(fù)合式檢測(cè)儀表［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，25（2）.

［2］倪光正，倪培宏，熊素銘.現(xiàn)代電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃料電池車——基本原理、理論和設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［3］崔勝民，韓家軍.新能源汽車概論［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2011.

［4］楊祖元.電動(dòng)汽車能量和傳動(dòng)系統(tǒng)性能仿真研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2002.

Analysis of Electric Vehicle Braking Energy Recovery System

FU Hai-tao
（School of Automotive Engineering，Dezhou College，Dezhou，Shandong 253023，China）

Short driving range caused by battery storage power shortage is one of the major factors which restrict the development of electric vehicles.In the article，through the analysis of the electric automobile brake energy recovery system，the influencing factors are found and the method of braking energy recovery is introduced.

electric vehicle；braking energy recovery；analysis

U469.72

A

2095-980X（2016）04-0062-02

2016-03-06

付海濤（1991-），男，山東德州人，大學(xué)本科，主要研究方向：電動(dòng)汽車制動(dòng)能量的回收。