電動汽車制動能量回收系統(tǒng)的設計

山東省德州學院汽車工程系 袁鈺超 于士軍

電動汽車制動能量回收系統(tǒng)的設計

山東省德州學院汽車工程系 袁鈺超 于士軍

汽車的續(xù)航能力與蓄電池的儲電量是息息相關(guān)的，由于電池容量有限，因此通過對再生制動技術(shù)的應用可以使部分能源進行二次利用，間接達到增加汽車續(xù)航能力的目的。本文通過研究汽車電機、機械制動、半軸等部件協(xié)調(diào)工作，使能量回收系統(tǒng)在電動汽車上得以體現(xiàn)。

電動汽車；制動能量回收；提高續(xù)航力

引言

隨著城市化生活的日益繁榮，城市污染也變得日益嚴重。截至2015年全中國私家車數(shù)量已達12435萬輛之多。汽車尾氣對大氣造成的破壞如霧霾等，世人已有目共睹，因此發(fā)展新能源汽車對改善環(huán)境有巨大的意義。電動汽車便是新能源汽車中的佼佼者，目前電動汽車搭載的為蓄電池，為保持汽車充足的續(xù)航能力為其配備超大容量的蓄電池是關(guān)鍵，但是就目前技術(shù)而言除了增加蓄電池的容量外，要想掌握增大電池能量的存儲技術(shù)還需要時間，因此回收電動汽車的制動能量，提高能量的利用率，可以間接地增大汽車的續(xù)航能力。本文對將汽車機械制動能量轉(zhuǎn)化為電能，再儲存至電池，進行制動能量回收的系統(tǒng)進行了設計。

1 制動原理

1.1 傳統(tǒng)汽車制動原理

在行駛過程中的汽車停車或者減速，使在下坡行駛中的汽車保持穩(wěn)定速度行駛，以及使已經(jīng)停止行駛的汽車保持靜止，這些作用稱為汽車制動。為實現(xiàn)汽車制動，必須在汽車上安裝一系列專門設備，一方面駕駛員能根據(jù)交通和道路等情況，使路面對汽車車輪施加一定與汽車行駛方向相反的力，對汽車進行一定強度的強制制動。這種可以控制的，對汽車進行制動的外力稱為制動力。這樣一系列的專門裝置便稱為制動系統(tǒng)。

再生制動也叫反饋制動，是一種應用在電動車輛上的制動技術(shù)。在制動時把車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能儲存起來。簡單來說再生制動就是把電動機變成發(fā)電機，汽車的動能被轉(zhuǎn)換為電能，與此同時再生制動會把電力儲存起來或者通過電路輸送出去，再次循環(huán)利用。使用再生制動的汽車依然會產(chǎn)生機械制動。就目前技術(shù)而言一般的再生制動利用率約為31.24%，其余的動能還是會變成熱能，不過效率根據(jù)不同使用的環(huán)境也會相應發(fā)生變化。

2 電動汽車制動能量回收系統(tǒng)設計

2.1 回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

通過運用速度控制方法，當車輛在正常情況下行駛時，蓄電池通過再生控制系統(tǒng)至電機，驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，同時電機的電控單元與逆變器一起控制電機的輸出扭矩。當汽車處于再生制動情況時，再生制動控制器會接受電機控制器中的制動信號，通過控制算法控制再生控制器中的雙向DC/DC變換器，使再生制動產(chǎn)生的能量以最大效率儲存至電容。當車輛起步或者爬坡時，再生控制器接收電機的加速信號，控制雙向DC/DC變換器將電容中的能量升壓，先驅(qū)動電機，在達到預定值的時候再變回，由蓄電池供電。

圖1 電動汽車制動能量回收系統(tǒng)圖

2.2 系統(tǒng)的控制策略

為保持車輛的制動穩(wěn)定性和安全性，使具有能量收回的功用在電動汽車上得以最大限度的表現(xiàn)，開發(fā)了新的制動控制系統(tǒng)。在不改變汽車原有的機械制動的前提下，由驅(qū)動電機提供扭矩作用于驅(qū)動輪。

在防抱死系統(tǒng)中，直接接收來自四個車輪傳動速度、加速度的監(jiān)測信息，進行制動控制，制動能量回收單元通過低通濾波器輸入各車輪的加速的信息可求得各車輪的旋轉(zhuǎn)加速的DVW，與此同時直接進行檢測每個車輪的瞬間加速度判斷路況優(yōu)劣并進行制動力的分配；另一方面在汽車制動中可以通過制動踏板的行程來衡量電動機的制動扭矩。制動控制通過對司機踩下制動踏板的行程量、速度、加速度做出預測，再結(jié)合實際車速、道路情況所需的制動力大小，分配前后輪制動力的比例；最后根據(jù)電機的扭矩特性，決定再生制動力的大小，確定摩擦力制動力與再生制動力之間的比例以及具體數(shù)值。在滿足汽車駕駛?cè)藛T制動需求以及防止輪胎抱死的前提下，盡可能多的為驅(qū)動輪提供由電機產(chǎn)生的再生制動力。

圖2 系統(tǒng)控制策略

當車輛行駛于路況良好的路面時，計算得出滿足上述動力蓄電池的能量回收能力的比例分配閥P（當制動液壓達到某規(guī)定數(shù)值時，前輪的制動液壓增量不變，而后輪液壓的上升值則按一定比例減少）并將液壓閥的開閥值設定為P。求得制動泵壓力關(guān)聯(lián)的能量回收扭矩，按照得出的回收扭矩值控制逆變器。當判斷出車輛處于路況惡劣的道路時，電機和制動能量回收系統(tǒng)應當逐級遞減制動能量的回收，最終關(guān)閉制動能量的回收，只進行傳統(tǒng)的機械制動。

2.3 電動汽車制動能量回收控制電路的設計

黃鼠狼竄到了男知青這邊,大家的注意力轉(zhuǎn)移到了黃鼠狼身上,沒有人再搭理趙天亮,他這才從麻袋底下鉆出來,大大地喘了幾口氣。還沒等他定下神來,哨聲從倉庫外傳了進來。

當電機工作處于再生制動狀態(tài)時，驅(qū)動電機通過逆變器接收來自蓄電池的電力供應，逆變器則按照來自蓄電池的控制信號使蓄電池的直流電直接轉(zhuǎn)化為交流電，為驅(qū)動電機供電。電動汽車實現(xiàn)制動能量再回收，電路圖如圖3所示。

圖3 制動能量回收電路

具體工作原理如下：

（1）將電機電樞的電流斷開；

（2）電機電樞兩側(cè)接入一個開關(guān)，使之處于高頻通斷狀態(tài)；

2.4 制動能量回收率

2.4.1 可回收率

制動過程中，制動能量除去克服地面摩擦力與空氣阻力外，剩余的能量轉(zhuǎn)化為機械能，部分機械能可回收再利用。可回收率ηQ定義為：制動時半軸回收能量Ef占整車動能變化Ed的百分比。

T為扭矩，m為質(zhì)量，N為轉(zhuǎn)速，V2是制動初速度，V1是制動末速度。

2.4.2 轉(zhuǎn)化率

半軸上，機械能經(jīng)發(fā)電系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為電能的效率。轉(zhuǎn)化率ηt定義為：蓄電池充電能量Er占半軸回收能量Et百分比。

U是電池充電電壓，I是充電電流。

2.4.3 回收率

制動所回收的能量用儲存在電池的回收能量體現(xiàn)?；厥章师莢為蓄電池充電能量Er占整車動能變化量Ez的百分比。

3 總結(jié)

本文在傳統(tǒng)制動與電動汽車制動能量回收系統(tǒng)的基礎上，有效分配機械制動與電制動比，使得在確保汽車安全性的前提下，最大限度回收電動汽車能量。整體系統(tǒng)對原系統(tǒng)改動小，成本低，可靠性強。通過對制動過程中的電機控制與傳統(tǒng)機械制動控制相分配達到能量回收再利用的目的。最后說明電動汽車的復合制動的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)制動系統(tǒng)。

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