電動(dòng)汽車(EV)制動(dòng)能量回收問題

制動(dòng)能量回收問題對(duì)于提高EV的能量利用率具有重要意義。電動(dòng)汽車采用電制動(dòng)時(shí),驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài),將汽車的部分動(dòng)能回饋給蓄電池以對(duì)其充電,對(duì)延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的行駛距離是至關(guān)重要的。國(guó)外有關(guān)研究表明,在存在較頻繁的制動(dòng)與起動(dòng)的城市工況運(yùn)行條件下,有效地回收制動(dòng)能量,可使電動(dòng)汽車的行駛距離延長(zhǎng)百分之十到百分之三十。

　　目前國(guó)內(nèi)關(guān)于制動(dòng)能量回收的研究還處在初級(jí)階段。制動(dòng)能量回收要綜合考慮汽車動(dòng)力學(xué)特性、電機(jī)發(fā)電特性、電池安全保證與充電特性等多方面的問題。研制一種既具有實(shí)際效用、又符合司機(jī)操作習(xí)慣的系統(tǒng)是有一定難度的。本文對(duì)上述問題作了一些積極的探索,并得出了一些有益的結(jié)論。

　　1 制動(dòng)模式

　　電動(dòng)汽車制動(dòng)可分為以下三種模式,對(duì)不同情況應(yīng)采用不同的控制策略。

　　1.1 急剎車

　　急剎車對(duì)應(yīng)于制動(dòng)加速度大于2m/s2的過程。出于安全性方面的考慮,急剎車應(yīng)以機(jī)械為主,電剎車同時(shí)作用。在急剎車時(shí),可根據(jù)初始速度的不同,由車上ABS控制提供相應(yīng)的機(jī)械制動(dòng)力。

　　1.2 中輕度剎車

　　中輕度剎車對(duì)應(yīng)于汽車在正常工況下的制動(dòng)過程,可分為減速過程與停止過程。電剎車負(fù)責(zé)減速過程,停止過程由機(jī)械剎車完成。兩種剎車的切換點(diǎn)由電機(jī)發(fā)電特性確定。

　　1.3 汽車長(zhǎng)下坡時(shí)的剎車

　　汽車長(zhǎng)下坡一般發(fā)生在盤山公路下緩坡時(shí)。在制動(dòng)力要求不大時(shí),可完全由電剎車提供。其充電特點(diǎn)表現(xiàn)為回饋電流較小但充電時(shí)間較長(zhǎng)。限制因素主要為電池的最大可充電時(shí)間。

　　由于電動(dòng)汽車主要工作在城市工況下,所以本文將研究重點(diǎn)放在中輕度電剎車上。

　　2 制動(dòng)能量回收的約束條件

　　實(shí)用的能量回收系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:

　　(1)滿足剎車的安全要求,符合駕駛員的剎車習(xí)慣。

　　剎車過程中,對(duì)安全的要求是第一位的。需要找到電剎車和機(jī)械剎車的最佳覆蓋區(qū)間,在確保安全的前提下,盡可能多地回收能量。具有能量回收系統(tǒng)的電動(dòng)汽車的剎車過程應(yīng)盡可能地與傳統(tǒng)的剎車過程近似,這將保證在實(shí)際應(yīng)用中,系統(tǒng)有吸引力,可以為大眾所接受。

　　(2)考慮驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)電工作特性和輸出能力。

　　電動(dòng)汽車中常用的是永磁直流電機(jī)或感應(yīng)異步電機(jī),應(yīng)針對(duì)不同的電機(jī)的發(fā)電效率特性,采取相應(yīng)的控制手段。

　　(3)確保電池組在充電過程中的安全,防止過充。

　　電動(dòng)汽車中常用的電池為鎳氫電池、鋰電池和鉛酸電池。充電時(shí),避免因充電電流過大或充電時(shí)間過長(zhǎng)而損害電池。

　　由以上分析可得能量回收的約束條件:

　　(1)根據(jù)電池放電深度的不同,電池可接受的最大充電電流。

　　(2)電池可接受的最大充電時(shí)間。

　　(3)能量回收停止時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及與此相對(duì)應(yīng)的充電電流值。

　　本項(xiàng)目原型車為XL型純電動(dòng)車,驅(qū)動(dòng)采用異步交流電機(jī),額定功率為20kW,峰值功率為60kW,額定轉(zhuǎn)矩為53Nm,峰值轉(zhuǎn)矩為290Nm,持續(xù)輸出三倍額定轉(zhuǎn)矩時(shí)間不小于30s,額定轉(zhuǎn)速為3600r/min,最高轉(zhuǎn)速為9000r/min。蓄電池采用24節(jié)100Ah鎳氫電池,其瞬時(shí)充電電流可達(dá)1.5C(C為電池放電倍率),即150A。在充電電流為0.5C時(shí),可持續(xù)安全充電。實(shí)驗(yàn)表明,在電機(jī)轉(zhuǎn)速為500r/min時(shí),充電電流小于6A?？稍O(shè)此點(diǎn)為電剎車與機(jī)械剎車的切換點(diǎn)。