電動自行車制動能量回收系統(tǒng)的設(shè)計

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

關(guān)鍵詞： 電動自行車 制動能量回收 設(shè)計

1.課題闡述

制動能量回收是指車輛制動時，將動能依靠發(fā)電機儲存在電動車的儲能裝置中重新加以回收利用，同時產(chǎn)生一定的負荷阻力使電動自行車速度降低，當電動車再次啟動或加速時再生系統(tǒng)又將存儲的能量再次轉(zhuǎn)化為電動自行車行駛時所需要的能量。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

自上世紀以來，汽車工業(yè)的發(fā)展開始面臨兩大難以回避的挑戰(zhàn)：能源短缺與環(huán)境保護。根據(jù)目前世界石油總儲量和年產(chǎn)量計算，石油資源最多再能支持三、四十年的工業(yè)消費，再加上政治、局部戰(zhàn)爭等不穩(wěn)定因素對能源安全的影響，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，嚴重威脅到人類的生存環(huán)境。而在中國，只有少數(shù)人才能買得起小汽車，而絕大多數(shù)入還不具備買小汽車的經(jīng)濟能力。同時燃油價格飛速上漲，停車車位的緊張，日益擁堵的道路狀況也阻礙了人們對小汽車的購買力，部分城市已經(jīng)采用對汽車實行搖號限購，單雙號限行等措施來應(yīng)對交通擁堵問題。并將發(fā)展大型公共交通系統(tǒng)作為解決問題的唯一出路，但受制于投資規(guī)模和宏觀經(jīng)濟穩(wěn)定增長的約束，以及公共交通的局限性，現(xiàn)實效果并不十分理想。

電動自行車輕便，速度適中，安全價廉，無噪音、尾氣污染，占用車位小，可大大提高非機動車道的通行效率，非常適合城市內(nèi)單人短程出行，具有其他交通工具無法比擬的優(yōu)勢。有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，全國原4.5億自行車用戶中至少有3.5億將成為電動車用戶。中國目前已是全球最大的電動自行車生產(chǎn)和消費國，年產(chǎn)量和消費量占世界總產(chǎn)量和消費量的比重均超過90%。2010年，中國共生產(chǎn)電動自行車2954萬輛，同比增長33%。

作為電動自行車的儲能系統(tǒng)蓄電池，從目前來看仍然是限制電動自行車發(fā)展的瓶頸。這主要是因為其能量密度低，充電時間長，體積和重量大，一次充電行駛里程短。

解決問題的辦法除了改進蓄能和驅(qū)動方式外，改進制動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，采用制動能量回收可增加續(xù)駛里程約20%。

3.課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)有關(guān)制動能量回收系統(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。研究的熱點主要集中在儲能裝置、蓄電池技術(shù)、新型電機、制動過程的控制策略等方面。國外方面，戴姆勒集團子公司Smart與知名電動腳踏車大廠Garce合作研發(fā)的電動自行車ebike，剛剛于2012年上半年發(fā)售，該車通過搭配鋰電池系統(tǒng)來回收制動能量。

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自行車制動或減速時的一部分機械能轉(zhuǎn)化為電能存儲在電池中，這種采用直接向蓄電池充電來吸收再生制動回饋的能量，其缺點是蓄電池難以實現(xiàn)短時間大功率充電，以及充放電循環(huán)次數(shù)有限、成本高。

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

現(xiàn)有方案的另一個問題是基本都使用電動機再生制動，這對原電動機的性能要求過高且難以實現(xiàn)制動力矩的任意調(diào)節(jié)，不符合人們對于傳統(tǒng)制動器的操作習慣。

5.課題創(chuàng)新特色

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

（2）制動能量在回收利用的同時產(chǎn)生再生制動力對車輛進行減速制動，由于這種制動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)制動器的抱死，減少制動噪音，減輕輪胎的磨損，延長輪胎的使用壽命，提高駕駛的安全性。

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