电动汽车能量回收系统及控制方案的设计

德州学院汽车工程学院　　张荣柱　于士军

电动汽车能量回收系统及控制方案的设计

德州学院汽车工程学院张荣柱于士军

当今新能源汽车已经成了世界各国研究的热点，其中纯电动汽车以其低污染零排放的特点越来越受到世界各国青睐。虽然各国对电动汽车的研究有了比较大的进展，但电动汽车的续航里程问题始终没有得到较好的解决。显然在电动汽车设计中加入能量回收系统可以大大提高电动汽车的续航里程。本文就电动汽车的能量回收系统进行了研究，并提出了一种新型的能量回收控制方案。

电动汽车；能量回收；控制方案

1　引言

汽车工业的飞速发展，一方面造成了能源的大量消耗，另一方面，石油的消耗对大自然造成了巨大的危害，严重污染了空气的质量。开发新能源汽车已经成为汽车行业的热点。由于受到续航里程、充电设施建设等各种条件的限制，纯电动汽车的大规模推广尚未实现。据研究表明，在城市道路行驶，大约有50%甚至更多的驱动能量在制动过程中损失，制动能量回收是提高电动汽车能量利用率的有效途径之一。相信如果以制动能量回收为基础，再辅以其他的能量回收系统与装置，电动汽车的续航里程问题将会得到较好的解决。

2　电动汽车能量回收系统

2.1能量回收系统

主要是指将汽车在制动或下长坡时将产生的能量损耗及太阳能、风能等回收起来转换成电能来供驱动电机使用，并将剩余的电能储存在动力电池中，在需要大功率电能时可以将其迅速释放出来。能量回收系统对于提高纯电动汽车的能量利用率具有重要意义，对于增加电动汽车的续航里程起着至关重要的作用。

2.2制动能量回收的约束条件

（1）制动力的分配。在制动过程中，制动安全性是首先要考虑的问题。需要找到机械制动与电气制动的最佳结合点，在保证安全性的前提下，进行制动能量最大限度地回收。

（2）储能装置的合理使用。电动汽车上常用的储能装置有蓄电池、超级电容等，其中最主要的是蓄电池。因此，在进行制动能量回收时，要充分考虑到蓄电池的充电状态，当蓄电池的SOC值超过上限，为保护蓄电池则应自动停止充电。

（3）电机性能。作为再生制动系统的关键部件，电机的制动能力越好，就可在分配再生制动力与机械制动力时提高再生制动力的比例，提高制动能量回收的效率。此外，电机的发电效率对制动能量回收也有很大的影响。

（4）符合驾驶习惯。在制动过程中要充分考虑到驾驶员的制动习惯以及制动时乘客的舒适性。

3　控制方案设计

3.1控制系统组成

（1）能量回收系统：包括两台交流异步电机和能量回收辅助装置，其中异步电机分别布置在前后轮毂内侧。

（2）车速传感器：安装在驱动桥壳内，车速传感器信号线装在屏蔽的外套内。

（3）驱动电机功率传感器：安装在驱动电机输出端，检测电机的实时输出功率。

（4）光伏发电系统：由太阳能电池板、充放电控制器、逆变器组成，通过断路器与动力电池相连。太阳能电池板安装在汽车后车门的左右玻璃以及车顶天窗处。

（5）小型风力发电机：安装在车头两侧行驶气流流向的切面方向。其体积较小，发电较少，作为一个补充能源装置直接与动力电池相连。

（6）ECU：接受转速传感器传出信号，接受功率传感器输出的实时功率信号，判断是否接通或断开能量回收系统、光伏发电系统与动力电池之间的联系。同时，当ECU接收到动力电池电量不足信号时，会自动断开断路器，接通光伏发电系统与动力电池之间的联系，进行能量储存。

（7）断路器：两个断路器，处于常通状态，分别布置在光伏发电系统、能量回收系统与动力电池之间，由ECU根据车辆行驶实际情况进行控制。控制系统能量流动如图1所示。

图1　能量流动图

3.2控制原理

图2　控制流程

图2是控制流程图，其中轮速传感器将车辆行驶速度、功率传感器将驱动电机瞬时输出功率发送给ECU，ECU结合自身数据库进行智能分析，判断是否需要接通或断开能量回收系统、光伏、风力发电系统与动力电池之间的联系。当动力电池电能足以供驱动电机使用时，断路器电路继续接通；当车轮转速短时间急剧上升或短时间输出功率急剧上升时，ECU会断开断路器，此时光伏、风力发电系统和制动能量回收系统与动力电池之间的电路接通，开始进行能量回收，将再生能量传给动力电池，从而用充足的能量驱动电机，实现车辆的动力性能需求。

4　仿真实验

（1）选取ECE城市道路循环工况，设定电池初始SOC为0.5，地面附着系数为0.5，汽车空载，经仿真可以得到在ECE工况下的制动强度图（图3）。

图3　ECE工况下的制动强度

（2）选取初速度为30km/h，其他条件相同，在三种不同的制动强度下进行仿真，得出表1。

表1　初速度为30km/h仿真结果

（3）选取初速度为60km/h，其他条件相同，在三种不同的制动强度下进行仿真，得出表2。

表2　初速度为60km/h仿真结果

5　结论

续驶里程较短是当下电动汽车发展的瓶颈，为解决这一难题，人们一直在进行不懈的努力和探索，但是一直未得到圆满的解决。电动汽车采用能量回收系统后，部分损耗能量得到回收，明显提高了续驶里程。本文针对电动汽车再生制动技术提出了一种新型能量回收系统，能够有效地增加汽车行驶里程。相信未来，人们可以结合更多的能量回收方式设计出更加先进、高效的能量回收方案，电动汽车续航里程问题一定可以得到更好的解决。

［1］陈易.纯电动客车的再生制动技术研究［D］.成都：电子科技大学，2015：1.

［2］田枫，刘海洋.电动汽车制动能量回收系统研［J］.汽车实用技术，2015，2：47.