電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收的設(shè)計(jì)

陳建榮　劉子貴　張曉宇

摘要：一直以來(lái)，我國(guó)在大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時(shí)，對(duì)環(huán)境污染以及能源危機(jī)方面同樣引起重視，電動(dòng)汽車(chē)不使用汽油，柴油，不排放尾氣，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生污染，且電能屬于可再生能源，對(duì)推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展有積極性作用。在節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的大環(huán)境下，電動(dòng)汽車(chē)成為了人們出行代步工具之一，其能源利用方面尤為關(guān)鍵，電能儲(chǔ)存以及續(xù)航里程上成為了制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的一大因素。為此，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)而言，自動(dòng)能量回收設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)制動(dòng)能力回收系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以達(dá)到對(duì)電車(chē)制動(dòng)能量的回收和利用，讓電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程數(shù)得以有效地提高，讓電車(chē)取到更好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);制動(dòng)能量;回收設(shè)計(jì)

引言：

能源問(wèn)題一直是世界各個(gè)國(guó)家都在研究的課題。現(xiàn)階段針對(duì)新能源汽車(chē)的研究給予了很高的關(guān)注。電動(dòng)汽車(chē)在能源節(jié)約、環(huán)保方面優(yōu)勢(shì)明顯，但是電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的速度以及普及范圍并不是非常的理想，其限制因素包括：蓄電池組容量受限，能力利用率不高，整車(chē)新能優(yōu)化差等等。電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)又被稱之為再生制動(dòng)系統(tǒng)，將其驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為制動(dòng)器，達(dá)到車(chē)輛減速的目的。車(chē)輛制動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)吸收多余的機(jī)械能量，然后以電能的方式傳輸回電池儲(chǔ)存，供車(chē)輛二次使用，降低能耗，提升車(chē)輛續(xù)航里程。

1.制動(dòng)能量回收系統(tǒng)基本原理

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)講，電能的儲(chǔ)存和利用是其發(fā)展困難的關(guān)鍵。電動(dòng)汽車(chē)蓄電池存在充電時(shí)間長(zhǎng)，續(xù)航里程短等問(wèn)題，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能力回收率展開(kāi)研究設(shè)計(jì)，對(duì)提升電動(dòng)汽車(chē)能耗二次利用，汽車(chē)?yán)m(xù)航里程有很積極性的作用。在整個(gè)剎車(chē)過(guò)程中，當(dāng)采用電子剎車(chē)系統(tǒng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)就在發(fā)電中，并通過(guò)對(duì)一部分動(dòng)力直接傳遞至蓄電池上，以實(shí)現(xiàn)充能目的，從而完成了對(duì)電能的再利用。

2.影響電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能力回收最大化的具體因素

2.1電機(jī)

電機(jī)是電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)行為產(chǎn)生的關(guān)鍵，是汽車(chē)全套剎車(chē)體系中電能轉(zhuǎn)化賴以完成的關(guān)鍵裝置，而電機(jī)則對(duì)電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收過(guò)程發(fā)揮著決定性的影響，也就是說(shuō)，電動(dòng)機(jī)工作效率、工作狀況決定著汽車(chē)剎車(chē)電能回收的多少，而電動(dòng)機(jī)自身特點(diǎn)則確定著電動(dòng)汽車(chē)在某一時(shí)間段的制動(dòng)力最大值。

2.2蓄電池

每一個(gè)蓄電池組都對(duì)SOC的能力運(yùn)作范圍規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)，這一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是不可改變的，因?yàn)橐坏┏^(guò)了蓄電池對(duì)SOC的能力范圍標(biāo)準(zhǔn)就影響蓄電池的正常工作，從而影響制動(dòng)電能利用最大化的工作目標(biāo)。

電動(dòng)汽車(chē)在制動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，電瓶一直是工作狀態(tài)，但并非一直處于充滿的模式，蓄電池電量充滿以后，就會(huì)自動(dòng)停止充能，同時(shí)刻也為電能的二次轉(zhuǎn)化作好了準(zhǔn)備。整體在剎車(chē)過(guò)程中的蓄電池如果是保持在最高充電功率下完成了充電作業(yè)，則最高充電的總輸出功率是：P=（U0C+IR）I

2.3制動(dòng)系統(tǒng)

電動(dòng)汽車(chē)在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)自身在再生制動(dòng)模式下的能量限制，加上電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部出現(xiàn)故障的概率較大，為保證機(jī)械剎車(chē)系統(tǒng)工作的安全穩(wěn)定與性能，就一定要使機(jī)械剎車(chē)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)更加的精準(zhǔn)與平穩(wěn)，與此同時(shí)還必須把電子剎車(chē)功能引入其中，從而使得電子剎車(chē)的效果更加良好，以給汽車(chē)制動(dòng)能力回收提供了良好的條件。

3.制動(dòng)力分配方案與分析

理想的前后軸制動(dòng)分配方式、并行再生制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力分配都是最常見(jiàn)的制動(dòng)力分配。電動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)供給主要的總制動(dòng)能，當(dāng)電動(dòng)剎車(chē)能比總制動(dòng)能小的時(shí)候，剩余的剎車(chē)能量也會(huì)通過(guò)機(jī)械剎車(chē)能供給。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)在制動(dòng)的過(guò)程中，汽車(chē)的轉(zhuǎn)速V與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度成比例。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)在制動(dòng)的過(guò)程中，汽車(chē)的轉(zhuǎn)速為V與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度成比。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的速度直接決定著電流的頻率和大小值。本文中設(shè)計(jì)使用的發(fā)電機(jī)是三相永磁同步電機(jī)，雖然產(chǎn)生了交流電，但是并不可以直接供應(yīng)給電池組，所以必須要對(duì)交流電進(jìn)行整流操作。而制動(dòng)時(shí)車(chē)輪的速度并不是個(gè)恒量，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電流是隨著時(shí)間而產(chǎn)生變化的變量，但是電池組所供應(yīng)的電能卻是恒定不變的，在充電的時(shí)刻，電池組會(huì)控制電壓的值，變壓是必要的。

4.電制動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

4.1電機(jī)模型的選擇

其設(shè)計(jì)使用了三相永磁同步電機(jī)，相比于一般異步電機(jī)要節(jié)省總功率百分之二十左右。意味著車(chē)況相當(dāng)時(shí)，或者在電池組容量情況不變的時(shí)候，比前者續(xù)航里程更長(zhǎng)。

4.2整流器的選擇

蓄電池是汽車(chē)上的電源，充電方式為直流電，這就需要將交流電轉(zhuǎn)化成為直流電。本文設(shè)計(jì)運(yùn)用三相橋式全波整流器，相較于以往的半波整流器而言，這一整流器提供的電壓有效值更高一些，可以讓能力回收的效率大大提升。理想化覺(jué)得的輸出電流是恒定值，但實(shí)際上并不一定如此，在不對(duì)電機(jī)損耗和內(nèi)阻進(jìn)行運(yùn)算，則電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是整個(gè)整流器輸入的電流平均值。

4.3DC-DC變換器的選擇

此設(shè)計(jì)使用的直流-DC變換器均為級(jí)聯(lián)式升壓，降壓的轉(zhuǎn)換器。這一自動(dòng)變換器具有電流雙象限，構(gòu)造簡(jiǎn)便，在同等功率下主開(kāi)關(guān)的壓力與電流應(yīng)力變化不大，電感易于優(yōu)化設(shè)定等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)DC-DC這一轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了應(yīng)用，在合理的負(fù)載范圍內(nèi)，蓄電池的電壓值都能夠保持一定水平。從而達(dá)到了改善電源驅(qū)動(dòng)特性。電機(jī)制動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換電能并通過(guò)可控的形式，對(duì)電池組件進(jìn)行充電。當(dāng)新能源電動(dòng)汽車(chē)在較擁擠的城市道路行駛時(shí)，制動(dòng)能力回收效率較高，使得電池的續(xù)航里程得以大幅度提升。

結(jié)束語(yǔ)：

本文設(shè)計(jì)的是一種機(jī)械能和電能復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)模型。該系統(tǒng)的關(guān)鍵在于三部分：三相電機(jī)系統(tǒng)、三相電整流器和DC-DC變換器。踩下制動(dòng)踏板進(jìn)行車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，如果不需要太大的制動(dòng)力，則只有電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)才能提供所需的制動(dòng)力;當(dāng)電制動(dòng)力不足以提供車(chē)輛制動(dòng)能量時(shí)，復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)將同時(shí)提供所需的制動(dòng)力。根據(jù)仿真結(jié)果，該系統(tǒng)可以將制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的部分動(dòng)能完全轉(zhuǎn)化為電能，從而提高能源利用率，達(dá)到節(jié)能、續(xù)航的目的。

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作者簡(jiǎn)介：陳建榮，1969年8月，男，學(xué)歷：大學(xué)，職稱：教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)電一體化及節(jié)能，單位名稱：江門(mén)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。