電動汽車制動能量回收的設(shè)計

曾祥金，于士軍

（德州學院 汽車工程學院，山東 德州 253000）

電動汽車制動能量回收的設(shè)計

曾祥金，于士軍

（德州學院 汽車工程學院，山東 德州 253000）

電動汽車一次充電的續(xù)駛里程短，已成為制約電動汽車發(fā)展的主要問題。電動汽車采用再生制動來回收制動能量是增加電動汽車續(xù)駛里程的有效方法之一。給電動汽車安裝電制動系統(tǒng)，可以回收在制動過程中的一部分動能，并轉(zhuǎn)化成電能再利用。文章設(shè)計了一種電制動系統(tǒng)，將制動過程中產(chǎn)生的交流電整流，通過 DC－DC直流變換器把電能充進電池，提高了電能的利用率，從而增長續(xù)航里程。

制動能量；電制動系統(tǒng)；DC-DC變換器；整流

電制動系統(tǒng)又稱再生制動系統(tǒng)，是把電動汽車的驅(qū)動電動機當作制動器，促使車輛減速。車輛制動時，吸收多余的機械能，然后以電能形式存儲在車輛的動力電池中，回收的能源供汽車二次使用，減少能量的損耗，大大增多汽車續(xù)航里程，具備良好的經(jīng)濟性。

1 制動力分配方案與分析

常見的制動力分配有理想前后軸制動力分配方案、并行再生制動系統(tǒng)制動力分配方案和最佳制動能量回收方案?？傊苿恿Υ蟛糠质怯呻娭苿酉到y(tǒng)提供，當電制動力小于總制動力時，剩下的制動力由機械制動力所提供。文章的電制動系統(tǒng)是利用最佳制動能量回收方案設(shè)計。

當車輛處于制動時，車輛的速度V與電機轉(zhuǎn)子的角速度成比例。電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速決定了電壓頻率和大小。文章設(shè)計采用的是三相永磁同步電機，產(chǎn)生交流電，但不能直接向電池組提供電能，需要先對交流電整流。制動車輛的速度不是一個恒量，電機產(chǎn)生的電壓也是隨時間的改變而變化的一個變量，而電池組提供電能時只能保持恒定不變，充電時電壓的大小也受電池組電壓限制，所以一定要進行變壓，電制動能量回收過程流程圖如圖1所示。

圖1 電制動能量回收過程流程圖

2 電制動系統(tǒng)的數(shù)學模型

（1）電機模型的選擇。本設(shè)計采用三相永磁同步電機，比異步電機節(jié)能20%以上，意義非常重大，這相當于在同樣的車況下，在電池組容量不變情況下，前者具有更遠的續(xù)航里程。公式（1）描述三相永磁同步電機作為發(fā)電機其中一相的感應(yīng)電動勢。

式中n為線圈匝數(shù)；P為永磁體的級數(shù)；pn為磁通最大值。轉(zhuǎn)子的角速度和汽車的速度之間的關(guān)系可以用公式（2）描述。

其中：i0為齒輪傳動比，它由汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定。Rwheel為車輪半徑，u為汽車行駛速度。

（2）整流器的選擇。汽車上的電源是蓄電池，只能用直流電為它充電，這就需要把交流電轉(zhuǎn)化為直流電。文章設(shè)計采用三相橋式全波整流器，對比半波整流器，全波整流器能夠提供更高的電壓有效值，能夠提高能量回收的效率。等式（3）描述整流器輸出電壓平均值

U1in為輸入電壓，U1out為整流器輸出電壓。輸出電壓不一定，理想化認定其輸出的電壓為恒定值，不計算電動機的損耗及內(nèi)阻，則電動機的感應(yīng)電動勢為整流器輸入的電壓值。

（3）DC-DC變換器的選擇。本設(shè)計采用的DC-DC變換器為級聯(lián)式升降壓變換器。該變換器具有電流雙象限、結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用成熟，同等功率條件下主開關(guān)管電壓電流應(yīng)力小，電感易于優(yōu)化設(shè)計等優(yōu)點。使用DC-DC變換器，在一定的負荷范圍內(nèi)，蓄電池組的電壓值可以穩(wěn)定在一個較高的水平，從而提高電機在驅(qū)動方面的性能。電機制動時，機械能轉(zhuǎn)化的電能以可控的方式對電池組進行充電。新能源電動汽車在較頻繁的起動和制動的城市工況運行條件下，制動能量得以高效回收，大大增加了新能源電動汽車的續(xù)航里程。采用DC/DC變換器優(yōu)化了電機控制、新能源電動汽車整車的效率和性能得到了很大提高。與此同時，避免了出現(xiàn)變換器輸出端出現(xiàn)浪涌電壓和反向制動無法控制等不利情況。

3 制動工況分析

本設(shè)計選擇NEDC循環(huán)工況進行實例電動汽車仿真測試驗證，如圖2所示。該工況的循環(huán)工況時間為1184s，循環(huán)工況距離為11.93km，平均速度為33.2km/h，最大加速度為1.06m/s2，最大速度為120km/h，怠速時間為298s。從NEDC仿真分析的結(jié)果可以看出，該方案符合設(shè)計預(yù)期。在保障制動安全的條件下，制動消耗為1427kJ，電機發(fā)出的電能（回收能量）為610kJ，制動能量回收效率達到42.7%。完全可以將部分制動時產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為電能，從而提高能量利用率，達到節(jié)能續(xù)航的目的。

Design of Electric Car Braking Energy Recovery

ZENG Xiang-jin，YU Shi-jun
（Automotive Engineering Institute，Dezhou College，Dezhou，Shandong 253000，China）

Trip range of the electric car on a single charge is short，which has become the main problems restricting the developmentofelectric vehicles.Using regenerativebraking to recyclebrakingenergyon electric carsisan effectiveway to increase trip distanceoftheelectric car.Toinstallelectricbrakingsystem in electricvehiclescan recycleapartofkineticenergy in thebraking and turn itinto recyclableenergy.Thearticle designsa kind ofelectric braking system，which alternating current（ac）rectifier in the braking processand charge it into the battery through the converterbetween DC-DCand DC，thus the electric energy efficiency is increasedand thetrip distanceisincreased.

brakingenergy；electricbrakingsystem；DC-DCconverter；rectifier

U469.72

A

2095-980X（2016）11-0074-01

2016-10-05

曾祥金，主要研究方向：汽車工程。