电动汽车制动能量回收系统分析

缑亚楠

(枣庄学院 机电工程学院，山东 枣庄 277160)

0 引言

当今，汽车已经和我们的工作、生活密切相关，但传统汽车所带来的环保问题令人烦恼，再加上能源问题，使得人们不得不开始探索它的替代品.电动汽车以其独有的特点受到人们的关注.电动汽车的主要缺点是续驶里程有限，充电时间长，价格昂贵，导致应用范围受到限制.制动能量回收问题对于提高电动汽车的能量利用率具有重要意义.本文设计的电动汽车能量回收系统，把电动汽车制动时的机械能量转化为电能为动力电池充电，并产生制动力，使车辆减速或制动，既达到了电动汽车制动效果，又实现了能量回收的功能，增加了电动汽车的续驶里程.回收的电量，有利于动力电池的充电，增加动力电池的使用寿命;机械能量转化为电能时，产生的制动力，使驱动轮减速行驶，并随着车辆行驶速度的降低而减小，不会使驱动轮抱死，具有电磁ABS的功能［1］［2］.

1 能量回收系统结构

能量回收系统工作示意图如图1、图2所示.永磁电动机的主轴连接传动轴的一端，传动轴的另一端连接车辆驱动轮，永磁电动机通过导线连接控制器，控制器通过导线连接到动力蓄电池的正负接线柱上，永磁电动机通过三相线连接到三相可控全桥整流滤波电路的输入端，三相可控全桥整流滤波电路与控制器通过反馈触发控制信号端连接，三相可控全桥整流滤波电路输出端正极和负极通过导线连接到逆变器的输入端的正负极上，逆变器的反馈信号端连接动力蓄电池的正接线柱，逆变器输出三相脉冲交流电，逆变器输出端通过导线连接到发电式永磁电机的输入端，发电式永磁电机的输出端通过导线连接到三相全桥整流电路的输入端，三相全桥整流电路的输出端通过导线连接到蓄电池的正负接线柱上.

控制器输入端的控制信号是1.0V－3.5V，当所述的直流电压信号为1.0V－3.5V时，控制器控制永磁电动机旋转工作，当所述的直流电压信号低于1.0V时，控制器通过反馈信号线连接反馈触发控制信号端控制三相可控全桥整流滤波电路工作，控制能量回收系统工作，产生电能为动力电池充电，增加续驶里程，产生电磁制动力，实现驱动轮制动，延长制动片的使用寿命，并具有电磁ABS的功能.当所述的直流电压信号不低于1.0V时，三相可控全桥整流滤波电路处于截止状态，不工作，当所述的直流电压信号高于3.5V时，控制器处飞车保护［3］.

2 制动能量回收原理分析

电动汽车制动能量回收是指汽车减速制动时，将一部分机械能转化为其他形式的能量，储存在储能装置中，并加以再利用.其基本原理是通过具有可逆作用的发电机 /电动机来实现汽车机械能与电能之间的相互转换.在汽车驱动过程中电机以电动机形式工作，将储存在储能元件中的电能通过电动机转化为汽车的动能，在汽车制动减速时，电机以发电机的形式工作，汽车惯性所产生的动能在发电机的作用下转化为电能并储存在储能元件蓄电池中，从而提高汽车的能量利用率，增加续驶里程.本文所用的电动汽车采用双电机前轮直接驱动模式，电动汽车的整备质量约是1000kg，总重量约为m=1200kg，风阻系数(含迎风面积)约f1=0.34，驱动轮半径约为r=0.26m，滚动阻力系数约为f=0.016.配备的磷酸铁锂电池的规格是:96V，150Ah;标称电压为U=96V;重量约为m1=200kg，驱动电机是永磁无刷直流电机，单电机的额定功率约为P单=5.5kw，双电机的总额定功率约为P=11kw，电机的电动势常数约为KE=0.9，取驱动轮的滑转效率为η转=90%［4］［5］.

2.1 能量转换

当控制器的直流电压信号低于1.0V时，控制器不控制永磁电动机旋转工作而是控制三相可控全桥整流滤波电路接收永磁电动机所发出的电能，产生制动力，传递给驱动轮，达到制动的效果.论文以车速从VT=80km/h和VT=10km/h这两个时刻进行能量转换分析，所列表格如表1所示.

表1 不同车速时电动车的参数值Table 1 Different speed of electric parameter values

经整流滤波、变频、驱动电机发电、整流输出，其能量回收系统效率约为η回=60%.

2.2 电磁制动

在车辆制动或紧急制动过程中，滑移率约为δ=20%为最佳，取VT=80km/h，则驱动轮的转速为

永磁电动机的角速度约为

对t=1s时间段进行分析

本电动汽车选用的控制器的限流值为125A，双控制器控制双电机，所以电机的最大电流约为I=250A.

在车辆制动或紧急制动过程中，电磁制动力占总制动力约为21%，凭借发电产生电磁制动力，减少了刹车制动片的磨损，延长了刹车制动片的使用寿命.

3 结论

［1］蒋永琛.混合动力电动汽车制动能量回馈系统分析［J］.中国高新技术企业，2011(12):43－45.

［2］江王林，王瑞敏.电动汽车制动过程受力分析及制动能量回收［J］.汽车实用技术，2012(3):5－9.

［3］全力，顾剑波，朱孝勇，等.一种电动汽车用制动能量回收控制器的设计［J］.电气传动，2011，41(5):42－46.

［4］刘博，杜继宏，齐国光.电动汽车制动能量回收控制策略的研究［J］.自动化与仪器仪表，2004(1):34－36.

［5］王猛，孙泽昌，卓桂荣，等.电动汽车制动能量回收系统研究［J］.农业机械学报，2012，43(2):6－10.