電動汽車制動能量回收系統(tǒng)分析

緱亞楠

(棗莊學院 機電工程學院，山東 棗莊 277160)

0 引言

當今，汽車已經和我們的工作、生活密切相關，但傳統(tǒng)汽車所帶來的環(huán)保問題令人煩惱，再加上能源問題，使得人們不得不開始探索它的替代品.電動汽車以其獨有的特點受到人們的關注.電動汽車的主要缺點是續(xù)駛里程有限，充電時間長，價格昂貴，導致應用范圍受到限制.制動能量回收問題對于提高電動汽車的能量利用率具有重要意義.本文設計的電動汽車能量回收系統(tǒng)，把電動汽車制動時的機械能量轉化為電能為動力電池充電，并產生制動力，使車輛減速或制動，既達到了電動汽車制動效果，又實現(xiàn)了能量回收的功能，增加了電動汽車的續(xù)駛里程.回收的電量，有利于動力電池的充電，增加動力電池的使用壽命;機械能量轉化為電能時，產生的制動力，使驅動輪減速行駛，并隨著車輛行駛速度的降低而減小，不會使驅動輪抱死，具有電磁ABS的功能［1］［2］.

1 能量回收系統(tǒng)結構

能量回收系統(tǒng)工作示意圖如圖1、圖2所示.永磁電動機的主軸連接傳動軸的一端，傳動軸的另一端連接車輛驅動輪，永磁電動機通過導線連接控制器，控制器通過導線連接到動力蓄電池的正負接線柱上，永磁電動機通過三相線連接到三相可控全橋整流濾波電路的輸入端，三相可控全橋整流濾波電路與控制器通過反饋觸發(fā)控制信號端連接，三相可控全橋整流濾波電路輸出端正極和負極通過導線連接到逆變器的輸入端的正負極上，逆變器的反饋信號端連接動力蓄電池的正接線柱，逆變器輸出三相脈沖交流電，逆變器輸出端通過導線連接到發(fā)電式永磁電機的輸入端，發(fā)電式永磁電機的輸出端通過導線連接到三相全橋整流電路的輸入端，三相全橋整流電路的輸出端通過導線連接到蓄電池的正負接線柱上.

控制器輸入端的控制信號是1.0V－3.5V，當所述的直流電壓信號為1.0V－3.5V時，控制器控制永磁電動機旋轉工作，當所述的直流電壓信號低于1.0V時，控制器通過反饋信號線連接反饋觸發(fā)控制信號端控制三相可控全橋整流濾波電路工作，控制能量回收系統(tǒng)工作，產生電能為動力電池充電，增加續(xù)駛里程，產生電磁制動力，實現(xiàn)驅動輪制動，延長制動片的使用壽命，并具有電磁ABS的功能.當所述的直流電壓信號不低于1.0V時，三相可控全橋整流濾波電路處于截止狀態(tài)，不工作，當所述的直流電壓信號高于3.5V時，控制器處飛車保護［3］.

2 制動能量回收原理分析

電動汽車制動能量回收是指汽車減速制動時，將一部分機械能轉化為其他形式的能量，儲存在儲能裝置中，并加以再利用.其基本原理是通過具有可逆作用的發(fā)電機 /電動機來實現(xiàn)汽車機械能與電能之間的相互轉換.在汽車驅動過程中電機以電動機形式工作，將儲存在儲能元件中的電能通過電動機轉化為汽車的動能，在汽車制動減速時，電機以發(fā)電機的形式工作，汽車慣性所產生的動能在發(fā)電機的作用下轉化為電能并儲存在儲能元件蓄電池中，從而提高汽車的能量利用率，增加續(xù)駛里程.本文所用的電動汽車采用雙電機前輪直接驅動模式，電動汽車的整備質量約是1000kg，總重量約為m=1200kg，風阻系數(shù)(含迎風面積)約f1=0.34，驅動輪半徑約為r=0.26m，滾動阻力系數(shù)約為f=0.016.配備的磷酸鐵鋰電池的規(guī)格是:96V，150Ah;標稱電壓為U=96V;重量約為m1=200kg，驅動電機是永磁無刷直流電機，單電機的額定功率約為P單=5.5kw，雙電機的總額定功率約為P=11kw，電機的電動勢常數(shù)約為KE=0.9，取驅動輪的滑轉效率為η轉=90%［4］［5］.

2.1 能量轉換

當控制器的直流電壓信號低于1.0V時，控制器不控制永磁電動機旋轉工作而是控制三相可控全橋整流濾波電路接收永磁電動機所發(fā)出的電能，產生制動力，傳遞給驅動輪，達到制動的效果.論文以車速從VT=80km/h和VT=10km/h這兩個時刻進行能量轉換分析，所列表格如表1所示.

表1 不同車速時電動車的參數(shù)值Table 1 Different speed of electric parameter values

經整流濾波、變頻、驅動電機發(fā)電、整流輸出，其能量回收系統(tǒng)效率約為η回=60%.

2.2 電磁制動

在車輛制動或緊急制動過程中，滑移率約為δ=20%為最佳，取VT=80km/h，則驅動輪的轉速為

永磁電動機的角速度約為

對t=1s時間段進行分析

本電動汽車選用的控制器的限流值為125A，雙控制器控制雙電機，所以電機的最大電流約為I=250A.

在車輛制動或緊急制動過程中，電磁制動力占總制動力約為21%，憑借發(fā)電產生電磁制動力，減少了剎車制動片的磨損，延長了剎車制動片的使用壽命.

3 結論

［1］蔣永琛.混合動力電動汽車制動能量回饋系統(tǒng)分析［J］.中國高新技術企業(yè)，2011(12):43－45.

［2］江王林，王瑞敏.電動汽車制動過程受力分析及制動能量回收［J］.汽車實用技術，2012(3):5－9.

［3］全力，顧劍波，朱孝勇，等.一種電動汽車用制動能量回收控制器的設計［J］.電氣傳動，2011，41(5):42－46.

［4］劉博，杜繼宏，齊國光.電動汽車制動能量回收控制策略的研究［J］.自動化與儀器儀表，2004(1):34－36.

［5］王猛，孫澤昌，卓桂榮，等.電動汽車制動能量回收系統(tǒng)研究［J］.農業(yè)機械學報，2012，43(2):6－10.