电动汽车制动能量回收的设计

曾祥金，于士军

（德州学院 汽车工程学院，山东 德州 253000）

电动汽车制动能量回收的设计

曾祥金，于士军

（德州学院 汽车工程学院，山东 德州 253000）

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。电动汽车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。给电动汽车安装电制动系统，可以回收在制动过程中的一部分动能，并转化成电能再利用。文章设计了一种电制动系统，将制动过程中产生的交流电整流，通过 DC－DC直流变换器把电能充进电池，提高了电能的利用率，从而增长续航里程。

制动能量；电制动系统；DC-DC变换器；整流

电制动系统又称再生制动系统，是把电动汽车的驱动电动机当作制动器，促使车辆减速。车辆制动时，吸收多余的机械能，然后以电能形式存储在车辆的动力电池中，回收的能源供汽车二次使用，减少能量的损耗，大大增多汽车续航里程，具备良好的经济性。

1 制动力分配方案与分析

常见的制动力分配有理想前后轴制动力分配方案、并行再生制动系统制动力分配方案和最佳制动能量回收方案。总制动力大部分是由电制动系统提供，当电制动力小于总制动力时，剩下的制动力由机械制动力所提供。文章的电制动系统是利用最佳制动能量回收方案设计。

当车辆处于制动时，车辆的速度V与电机转子的角速度成比例。电机转子的转速决定了电压频率和大小。文章设计采用的是三相永磁同步电机，产生交流电，但不能直接向电池组提供电能，需要先对交流电整流。制动车辆的速度不是一个恒量，电机产生的电压也是随时间的改变而变化的一个变量，而电池组提供电能时只能保持恒定不变，充电时电压的大小也受电池组电压限制，所以一定要进行变压，电制动能量回收过程流程图如图1所示。

图1 电制动能量回收过程流程图

2 电制动系统的数学模型

（1）电机模型的选择。本设计采用三相永磁同步电机，比异步电机节能20%以上，意义非常重大，这相当于在同样的车况下，在电池组容量不变情况下，前者具有更远的续航里程。公式（1）描述三相永磁同步电机作为发电机其中一相的感应电动势。

式中n为线圈匝数；P为永磁体的级数；pn为磁通最大值。转子的角速度和汽车的速度之间的关系可以用公式（2）描述。

其中：i0为齿轮传动比，它由汽车内部结构决定。Rwheel为车轮半径，u为汽车行驶速度。

（2）整流器的选择。汽车上的电源是蓄电池，只能用直流电为它充电，这就需要把交流电转化为直流电。文章设计采用三相桥式全波整流器，对比半波整流器，全波整流器能够提供更高的电压有效值，能够提高能量回收的效率。等式（3）描述整流器输出电压平均值

U1in为输入电压，U1out为整流器输出电压。输出电压不一定，理想化认定其输出的电压为恒定值，不计算电动机的损耗及内阻，则电动机的感应电动势为整流器输入的电压值。

（3）DC-DC变换器的选择。本设计采用的DC-DC变换器为级联式升降压变换器。该变换器具有电流双象限、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。使用DC-DC变换器，在一定的负荷范围内，蓄电池组的电压值可以稳定在一个较高的水平，从而提高电机在驱动方面的性能。电机制动时，机械能转化的电能以可控的方式对电池组进行充电。新能源电动汽车在较频繁的起动和制动的城市工况运行条件下，制动能量得以高效回收，大大增加了新能源电动汽车的续航里程。采用DC/DC变换器优化了电机控制、新能源电动汽车整车的效率和性能得到了很大提高。与此同时，避免了出现变换器输出端出现浪涌电压和反向制动无法控制等不利情况。

3 制动工况分析

本设计选择NEDC循环工况进行实例电动汽车仿真测试验证，如图2所示。该工况的循环工况时间为1184s，循环工况距离为11.93km，平均速度为33.2km/h，最大加速度为1.06m/s2，最大速度为120km/h，怠速时间为298s。从NEDC仿真分析的结果可以看出，该方案符合设计预期。在保障制动安全的条件下，制动消耗为1427kJ，电机发出的电能（回收能量）为610kJ，制动能量回收效率达到42.7%。完全可以将部分制动时产生的动能转化为电能，从而提高能量利用率，达到节能续航的目的。

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：汽车工程。