雨果作品-河南高考作文

汽牟实用技术　
设计研究　
ＡＵＴＯＭＯＢＩｌＪＥ　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＴＥＣ ＨＮＯＩ　ＯＧＷ　
２０１　３￣１：－第４期　
２Ｏ１　３　Ｎ０．４　
电动汽车制 动能量回收系统的设计　
张运花　
（广州白云工商技师学院，广东广州５１０４５０）　
摘要：电动汽车一次充电的续驶里程短，已成为制约电动汽车发展的主要问题，以现目前蓄电　
池能量 储能技术的发展，是不能直接增加蓄电池容量来解决续驶里程问题，在电动汽车上采用再　
生制动来回收 制动能量是增加电动汽车续驶里程的有效方法之一。本文通过对电动汽车制动能量　
回收系统原理分析， 设计出电动汽车制动能量回收系统的电路，最后以设计的制动回收系统电路　
进行分析选择，主要是对驱 动系统、储能系统和变换器的选择和设计。　
关键词：纯电动汽车；制动能量回收　
中图分类号 ：Ｕ４６９．７２文献标识码：Ａ文章编号：１　６７１—７９８８（２０１　３）０４—４５～０４　
Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｂｒａｋｉｎｇ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｒｅｃｏｖｅｒｙ　Ｓｙｓｔｅ ｍ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ　
Ｚｈａｎｇ　Ｙｕｎｈｕａ　
（Ｇｕａｎｇ ｚｈｏｕ　Ｂａｉｙｕｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ＆Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎ　Ｉｎｓｔｉ ｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１　０４５０）　
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈ ｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｒａｎｇｅ　ｆｏｒ　ｏｎｅ　ｃｈａｒｇｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ ｓ　ｉｓ　ｓｈｏｒｔ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａ　ｍａｊｏｒ　ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ　ｏｒ　ｆｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ｊｕｄｇｉｎｇ　 ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆｅｎｅｒｇ ｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　
ｏｆ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ｉｔ　ｉｓ　ｉｍｐｏｓｓｉｂｌ ｅ　ｔｏ　ａｄｄｒｅｓｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｓｈｏｒｔ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｒａｎｇｅ　ｂｙ 　ａｄｄｉｎｇ　ｈｅ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ　ｔ
ｃａｐａｃｉｔｙ．Ｏｎｅ　ｏｆ　ｈｅ　ｅｆｔ ｆｅｃｔｉｖｅ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｉｓ　ｔｏ　ａｄｏｐｔ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ　ｂｒａｋｉｎ ｇ　ｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　
ｒｅｃｏｖｅｒ　ｔｈ ｅ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ．Ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｔｈ ｅ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　< br>ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｍｅｓ　ｕｐ　ｗｉｈ　ｔｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　 ｏｆ　ｈｅ　ｂｒａｔｋｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔ ｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ．　
Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ａｎｄ　ｓｅｌｅｃｔｓ　 ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ｏｆｔｈｅ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｓｙ ｓｔｅｍ，ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　
ｈｅ　ｓｅｌｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎ ｄ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓ ｔｅｍ　ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．　
Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｂｌａｄｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅ ｈｉｃｌｅｓ；ｂｒａｋｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　
ＣＬＣ　ＮＯ．：Ｕ４６９．７２ 　Ｄｏｃｕｍｅｎｔ　Ｃｏｄｅ：Ａ　Ａｒｔｉｃｌｅ　ＩＤ：１６７１．７９８８（２０１３）０４．４５．０ ４　
重和全球温室效应这些亟待解决的难题。因些，汽　
引言　
车新能源技术成为人们 最关心的话题。随人类生存　
　
汽车作为曾经推动人类文明向前跃进的现代社　
环境的 不断恶化，发展绿色能源交通已刻不容缓，
会大工业的产物，从生产、技术、规模、经济效益　
２００８年的绿色奥运更让人们感受到了清馨的环境是　
等各方面来看，都取得了巨大的成就。但是随之 而　
多么重要。节省能源、低排放甚至是零排放的电动　
来的是石油能源的逐渐趋于枯竭、环境 污染日益严　
汽车被视为解决能源问题的手段，更促进了电动汽　
作者简介：张运花，初级讲师 ，就职于广州白云工商技师学　
院，研究方向：电气自动控制技术。　
车产业的高速发展。电动 汽车在环境保护和节约能　
源方面具有传统燃油汽车不可比拟的优势，使人们　

２０１３年第４期　张运花：电动汽车制动能量回收系统的设计４６　
看到了解决环境污染和能源短缺问 题最有效的途径　
或者爬坡时，再生控制器接收电机控制器中的加速　
ＤＣ变换器将超级电容中 的能量　
和方法。电动汽车本应该出现迅速发展的势头，但　
信号，控制双向ＤＣ／
从 世界各国的电动汽车发展现状来看，电动汽车的　
升压预先驱动电机，并在系统判断电机达到预定速　< br>　
发展速度仍然非常缓慢，其主要问题是关键核心技　
度值后切换至蓄电池供电。
术难以突破，技术难点主要集中在：怎样解决车载能　
量源容量、质量和使用寿命，如何提高能量利用 效　
率，如何降低电动汽车的制造和使用成本。这些问　
题均是影响电动汽车全面普及和应用的 关键性因　
素。　
电动汽车制动能量回收系统是指将车辆在制动　
或减速过程中耗费的 多余能量回收利用，以此降低　
车辆的能量消耗，提高电动汽车的行驶里程。　
Ｒｅｅｕｐｏｒ ａｔｉｏｎ（再生制动能量回收）技术的目标就是　
为实现最大限度地回收利用原本可能浪费掉的多余　
能量。当驾驶员操作加速踏板或制动踏板时，车辆　
减速，产生了多余的能量，再生制动能量回 收系统　
将多余的能量回收，在发电机控制单元的调节和控　
制下，将发电机的电压升高，给储 能系统进行充电，　
将多余的能量以电能的形式回收储存。　
１、电动汽车制动能量回收系统原 理　
制动能量回收问题对于提高电动汽车的能量利　
用率增加行驶里程具有重要意义。电动汽车 采用电　
制动时，驱动电机运行在发电状态，将汽车的部分　
动能回馈给蓄电池以对其充电，延 长电动汽车的行　
驶里程。国外有关研究表明，在存在较频繁的制动　
与起动的城市工况运行条 件下，有效地回收制动能　
量，可使电动汽车的行驶距离延长百分之十到百分　
之三十。目前国 内关于制动能量回收的研究还处在　
初级阶段。制动能量回收系统要综合考虑车辆动力　
学特性 、电机发电特性、能量转换系统的容量、电　
池安全保证与充放电特性等问题。在采用超级电容　
组作为储能器的回收系统中，还要考虑超级电容组　
参数的选择等问题。　
电动汽车再生制动 能量回收系统如图ｌ所示，　
采用速度控制策略在车辆正常行驶工况下，蓄电池　
经过再生控制 器再到电机控制器驱动电机；在车辆　
处于再生制动工况下，再生制动控制器接收电机控　
制器 中的制动信号，通过控制算法控制再生控制器　
中的双向ＤＣ／ＤＣ变换器，将电动汽车再生制动产生　
的能量以最大的效率存储于超级电容；在车辆启动　
图１　电动汽车制动能量回收系统框图　< br>２、电动汽车制动能量回收系统电路的设计　
图２　电动汽车制动能量回收系统原理图　
电动汽车再生制动控制系统可以节约能源，提　
高续驶里程，具有显著的经济价值和社会效益。再　生制动还可以减少制动片的磨损，降低车辆故障率　
及使用成本。图２所示为电动汽车制动能量回收 系　
统结构图，该系统利用超级电容吸收再生制动能量，　
具有非常突出的优点。当车辆制动时 ，由制动线触　
发控制器停止向马达供电，同时触发回收系统工作，　
些时，马达转换为发电机 ，输出电能给ＡＣ／ＤＣ转换　
为直流后由制动能量回收控制器（ＲＭＣ）回收到超　
级电容组 中，制动力度越大，制动电流越大，回收　
电能就越多。由于车辆行驶速度不定，即马达转速　
不定，导致电压高低不同，本系统选择的超级电容　
组能充分回收各种速度下的制动电能，即使行车速　
度很慢，也能充分回收制动能量，实现行车制动。　
制动能量回收后，由ＤＣ／ＤＣ转换系统将 电压提升至　
电池适应电压，供电池回收和行车辅助供电。　
２．１驱动系统的选择　
电驱动系统是电动汽车（ＥＶ）和混合动力电动　
汽车（ＨＥＶ）的心脏。这些系统由电动机、功率变　

４７　汽车实用技术　２０１３年第４期　
换器和电子控制器构成。电动机将电 能转换成机械　
个超级电容单元的电容量可达１Ｆ（法拉）至几万法。　
能推动车辆，或反之将 机械能转化为电能进行再生　而且由于采用特殊的工艺，超级电容的等效电阻很　
制动和对车载储能装置 充电。功率变换器用来对电　低。电容量大和内阻小，使得超级电容可以有很高　
动机提供特定的电压和 电流。电子控制器根据驾车　的尖峰电流，因此具有很高的比功率，为蓄电池的　
要求，通过对功率变换 器提供控制信号来控制功率　
５０～１００倍，可达到１０ＫＷ／ｋｇ左右。它还具有极其　
变 换器，进而调整电动机的运行，以产生特定的转　
优良的充、放电性能，在额定电压范围内可以以极　< br>矩和转速。电子控制器可进一步分为三个功能单元：　
快的速度充电至任意电压值，放电时则可放 出所存　
检测器、接口电路和处理器。检测器通过接口电路　储的全部电能，没有蓄电池快速充电和放电 的损坏　
将所测量的物理量，如电流、电压、温度、速度、　
转矩和磁通转换为电信号。这些信 号处理成相应的　
电平后，输入处理器。处理器的输出信号通常被放　
大后，经由接口电路，驱 动功率变换器的功率半导　
体器件。电驱动系统的功能模块框图如图３所示。　
图３电驱动系统 的功能模块框图　
电动汽车电动驱动系统主要根据以下因素来选　
择：驾驶员对行驶性能的期望 、车辆规定的性能参　
数以及车辆能源的性能。驾驶员的期望值由包括加　
速性能、最高车速、 爬坡能力、制动性能和行驶里　
程在内的行驶循环予以定义。含体积和重量在内的　
车辆性能约 束取决于车型、车重和载重量。能源系　
统则与蓄电池、然料电池、超级电容器、飞轮及各　
种 混合型能源相关联。因此，电驱动系统的优选特　
性和组件选择过程必须在系统层面上实施。必须研　< br>究各子系统间的相互作用以及系统权衡中可能的影　
响。　
２．２储能装置的选择　新能源汽车常用的储能器件有蓄电池、燃料电　
池、飞轮电池和超级电容，有时也将几种储能器件　
混合起来使用。衡量储能器件特性常用的指标有比　
能量、能量密度、比功率、功率密度、循环 寿命、　
快速充电性能、充放电时间以及价格。　
本系统选择超级电容器为储能器。超级电容器 　
以非常高的比功率为特征，储存电荷的面积大，一　
问题。此外，超级电容还具有对环境友好 、无污染、　
机械强度高、安全性好（防火、防爆）、使用过程中　
免维护、使用寿命长（＞１ ０年）、工作温度范围宽　
（一３０￣＋４５￣Ｃ）、在瞬间高电压和短路大电流情况　
下有缓 冲功能、能量系统较为稳定等优点。　
２．３　ＤＣ／ＤＣ变换器选择　
使用ＤＣ／ＤＣ变换器 可以将蓄电池组的电压在　
一
定的负荷范围内稳定在一个相对较高的电压值，　
从而可 以明显提高电机的驱动性能；ＤＣ／ＤＣ变换器　
又可以将电机制动时，由机械能转化而来的电能回　< br>馈给蓄电池组，以可控的方式对蓄电池组进行充电，　
这对于新能源电动汽车需要较频繁的起动和 制动的　
城市工况运行条件下，有效地回收制动能量，可使　
新能源电动汽车的行驶里程大大增 加。新能源电动　
汽车采用ＤＣ／ＤＣ变换器可以优化电机控制、提高新　
能源电动汽车整车的 效率和性能，同时还可以避免　
出现反向制动无法控制和变换器输出端出现浪涌电　
压等不利情 况。　
ＤＣ／ＤＣ变换器又称斩波器，具有成本低、可靠　
性高、结构简单等特点，被广泛应用 于便携式电子　
设备、工业仪表、航空航天、通信及电车的无级变　
速等领域，能够实现加速平 稳、快速响应的性能，　
还能够有效抑制电网侧谐波电流噪声及节约电能。　
由于ＤＣ／ＤＣ变 换器具有最基本和最简单的电路结　
构，为提高其工作效率而采取的控制措施也可被其　
他变换 电路所采纳。　
图４级联式升降压变换器　

２０１３年第４期　张运花：电动汽 车制动能量回收系统的设计４８　
本系统采用的ＤＣ／ＤＣ变换器为级联式升降压　
变换器，如 图４所示，该变换器具有电流双象限、　
充电电流越大，发电机负载越大，制动强度越大　
ｆ制 动时间越短）。　
充电电流越大，可供回收的能量越大，因为制　
结构简单、应用成熟，同等功 率条件下主开关管电　
压电流应力小，电感易于优化设计等优点。　
２．４　ＡＧ／ＤＧ功率变 换器　
ＡＣ／ＤＣ功率变换器（模块）的作用是将交流电　
压如２２０Ｖ、１　１０Ｖ转换成电 子设备所需要的稳定直流　
动强度越大，制动距离越小，摩擦阻力做功越少。　
大电流对超级电 容组充电时，发电机（永磁直流　
电机被拖动转变为发电机）的负载（充电电流）较大，　
可提 供较大的制动转矩经传动系加在车轮上使车速　
电压，电动汽车中ＡＣ／ＤＣ的功能主要是将交流发电　
下降，故大电流充电可使车速迅速下降相对于小电　
机发出的交流电转换成直流电提供给用电器 或储能　
设备储存。ＡＣ／ＤＣ功率变换模块电路的一般原理见　
图５所示，图中：　
ｌ蒂ｔ聪直美｝　幂奠压童洼　
图５　ＡＧ／ＤＧ功率变换模块电路原理　
Ｖ　为参考电路、全 波整流和滤波电路、ＤＣ／ＤＣ　
变换电路、过电压和过电流保护电路、控制电路和　
输出整流 电路组成。整流电路的作用是将交流电压　
变为直流脉冲电压，输入滤波电路的作用是使整流　
后的电压更加平滑，并将电网中的杂波滤除以免对　
模块产生干扰，同时输入滤波器也阻止模块自身产　
生的干扰影响。ＤＣ／ＤＣ变换电路和控制电路是模块　
的关键环节，由它实现直流电压的转换 和稳压。保　
护电路的作用是在模块输入电压或电流过大的情况　
下产生动作，使模块关断，从 而起到保护作用。目　
前，越来越多的模块制造厂商还在全波整流电路和　
ＤＣ／ＤＣ变换电路 之问加入功率因数校正电路，有效　
地解决了整流后谐波畸变所导致的低功率因数问　
题，使模 块效率进一步提高。　
３、制动能量转换分析　
随着充电电流的增大，发电机的发电效率逐渐　
降低，能量回收系统的总回收效率逐渐降低，造成这　
种原因之一是：充电电流越大，发电机的 电枢电流就　
越大，发电机内部消耗的能量就越多，所以发电机发　
出的能量越少；二是由于变 换器在大电流充电时充　
电效率会降低，故能量回收系统的总回收效率降低。　
流且存在制动强 度随充电电流增大而增大的规律。　
４、结论　
本文分析了再生制动的能量转换装置、储能装　
置和控制策略，并对国内外的研究现状进行了总结，　
得出了再生制动系统发展要克服的三个关 键问题：　
制动力难于准确控制、制动稳定性差，能量回收有　
限。所作的主要工作以及结论为 ：　
（１）搜集有关再生制动的技术资料和文献，了　
解了目前国内外在电动汽车再生制动方面 发展的现　
状，简述了电动汽车再生制动的工作原理，分析了　
制约电动汽车再生制动的各方面 因素。　
（２）能量回收系统的方案分析，对车辆制动过　
程进行动力学分析和制动工况分析， 另外分析了超　
级电容器的充放电特性。　
（３）通过能量回收系统的设计解决相关问题，　< br>主要是提高制动能量回收利用率的问题，对驱动系　
统、储能装置和变换器进行比较选择，使系统 达到　
最优状态。　
参考文献　
［１１　（美）爱赛尼］（Ｅｈｓａｎｉ，Ｍ．）等著 ；倪光正，倪培宏，熊　
素铭译．现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车　
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基本原理、理论和设计．北京：机械工业出版社，　
２０１０．８．　
［２】章桐，贾永轩． 电动汽车技术革命．北京：机械工业出版社，　
２０１１．４．　
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士学位论文．２００８．９．　
【４】于翔鹏．混合电动汽 车制动系统的控制技术研究．武汉理　
工大学博士学位论文．２００９．１０．　
［５］徐海东 ．电动汽车再生制动能量高效回收策略研究．山东　
大学硕士学位论文．２００７．５．