德州學(xué)院汽車工程學(xué)院　　張榮柱　于士軍

電動汽車能量回收系統(tǒng)及控制方案的設(shè)計

德州學(xué)院汽車工程學(xué)院張榮柱于士軍

當(dāng)今新能源汽車已經(jīng)成了世界各國研究的熱點，其中純電動汽車以其低污染零排放的特點越來越受到世界各國青睞。雖然各國對電動汽車的研究有了比較大的進展，但電動汽車的續(xù)航里程問題始終沒有得到較好的解決。顯然在電動汽車設(shè)計中加入能量回收系統(tǒng)可以大大提高電動汽車的續(xù)航里程。本文就電動汽車的能量回收系統(tǒng)進行了研究，并提出了一種新型的能量回收控制方案。

電動汽車；能量回收；控制方案

1　引言

汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，一方面造成了能源的大量消耗，另一方面，石油的消耗對大自然造成了巨大的危害，嚴重污染了空氣的質(zhì)量。開發(fā)新能源汽車已經(jīng)成為汽車行業(yè)的熱點。由于受到續(xù)航里程、充電設(shè)施建設(shè)等各種條件的限制，純電動汽車的大規(guī)模推廣尚未實現(xiàn)。據(jù)研究表明，在城市道路行駛，大約有50%甚至更多的驅(qū)動能量在制動過程中損失，制動能量回收是提高電動汽車能量利用率的有效途徑之一。相信如果以制動能量回收為基礎(chǔ)，再輔以其他的能量回收系統(tǒng)與裝置，電動汽車的續(xù)航里程問題將會得到較好的解決。

2　電動汽車能量回收系統(tǒng)

2.1能量回收系統(tǒng)

主要是指將汽車在制動或下長坡時將產(chǎn)生的能量損耗及太陽能、風(fēng)能等回收起來轉(zhuǎn)換成電能來供驅(qū)動電機使用，并將剩余的電能儲存在動力電池中，在需要大功率電能時可以將其迅速釋放出來。能量回收系統(tǒng)對于提高純電動汽車的能量利用率具有重要意義，對于增加電動汽車的續(xù)航里程起著至關(guān)重要的作用。

2.2制動能量回收的約束條件

（1）制動力的分配。在制動過程中，制動安全性是首先要考慮的問題。需要找到機械制動與電氣制動的最佳結(jié)合點，在保證安全性的前提下，進行制動能量最大限度地回收。

（2）儲能裝置的合理使用。電動汽車上常用的儲能裝置有蓄電池、超級電容等，其中最主要的是蓄電池。因此，在進行制動能量回收時，要充分考慮到蓄電池的充電狀態(tài)，當(dāng)蓄電池的SOC值超過上限，為保護蓄電池則應(yīng)自動停止充電。

（3）電機性能。作為再生制動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，電機的制動能力越好，就可在分配再生制動力與機械制動力時提高再生制動力的比例，提高制動能量回收的效率。此外，電機的發(fā)電效率對制動能量回收也有很大的影響。

（4）符合駕駛習(xí)慣。在制動過程中要充分考慮到駕駛員的制動習(xí)慣以及制動時乘客的舒適性。

3　控制方案設(shè)計

3.1控制系統(tǒng)組成

（1）能量回收系統(tǒng)：包括兩臺交流異步電機和能量回收輔助裝置，其中異步電機分別布置在前后輪轂內(nèi)側(cè)。

（2）車速傳感器：安裝在驅(qū)動橋殼內(nèi)，車速傳感器信號線裝在屏蔽的外套內(nèi)。

（3）驅(qū)動電機功率傳感器：安裝在驅(qū)動電機輸出端，檢測電機的實時輸出功率。

（4）光伏發(fā)電系統(tǒng)：由太陽能電池板、充放電控制器、逆變器組成，通過斷路器與動力電池相連。太陽能電池板安裝在汽車后車門的左右玻璃以及車頂天窗處。

（5）小型風(fēng)力發(fā)電機：安裝在車頭兩側(cè)行駛氣流流向的切面方向。其體積較小，發(fā)電較少，作為一個補充能源裝置直接與動力電池相連。

（6）ECU：接受轉(zhuǎn)速傳感器傳出信號，接受功率傳感器輸出的實時功率信號，判斷是否接通或斷開能量回收系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)與動力電池之間的聯(lián)系。同時，當(dāng)ECU接收到動力電池電量不足信號時，會自動斷開斷路器，接通光伏發(fā)電系統(tǒng)與動力電池之間的聯(lián)系，進行能量儲存。

（7）斷路器：兩個斷路器，處于常通狀態(tài)，分別布置在光伏發(fā)電系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)與動力電池之間，由ECU根據(jù)車輛行駛實際情況進行控制。控制系統(tǒng)能量流動如圖1所示。

圖1　能量流動圖

3.2控制原理

圖2　控制流程

圖2是控制流程圖，其中輪速傳感器將車輛行駛速度、功率傳感器將驅(qū)動電機瞬時輸出功率發(fā)送給ECU，ECU結(jié)合自身數(shù)據(jù)庫進行智能分析，判斷是否需要接通或斷開能量回收系統(tǒng)、光伏、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與動力電池之間的聯(lián)系。當(dāng)動力電池電能足以供驅(qū)動電機使用時，斷路器電路繼續(xù)接通；當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速短時間急劇上升或短時間輸出功率急劇上升時，ECU會斷開斷路器，此時光伏、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和制動能量回收系統(tǒng)與動力電池之間的電路接通，開始進行能量回收，將再生能量傳給動力電池，從而用充足的能量驅(qū)動電機，實現(xiàn)車輛的動力性能需求。

4　仿真實驗

（1）選取ECE城市道路循環(huán)工況，設(shè)定電池初始SOC為0.5，地面附著系數(shù)為0.5，汽車空載，經(jīng)仿真可以得到在ECE工況下的制動強度圖（圖3）。

圖3　ECE工況下的制動強度

（2）選取初速度為30km/h，其他條件相同，在三種不同的制動強度下進行仿真，得出表1。

表1　初速度為30km/h仿真結(jié)果

（3）選取初速度為60km/h，其他條件相同，在三種不同的制動強度下進行仿真，得出表2。

表2　初速度為60km/h仿真結(jié)果

5　結(jié)論

續(xù)駛里程較短是當(dāng)下電動汽車發(fā)展的瓶頸，為解決這一難題，人們一直在進行不懈的努力和探索，但是一直未得到圓滿的解決。電動汽車采用能量回收系統(tǒng)后，部分損耗能量得到回收，明顯提高了續(xù)駛里程。本文針對電動汽車再生制動技術(shù)提出了一種新型能量回收系統(tǒng)，能夠有效地增加汽車行駛里程。相信未來，人們可以結(jié)合更多的能量回收方式設(shè)計出更加先進、高效的能量回收方案，電動汽車續(xù)航里程問題一定可以得到更好的解決。

［1］陳易.純電動客車的再生制動技術(shù)研究［D］.成都：電子科技大學(xué)，2015：1.

［2］田楓，劉海洋.電動汽車制動能量回收系統(tǒng)研［J］.汽車實用技術(shù)，2015，2：47.