電動汽車制動能量回收系統的分析研究

付海濤

（德州學院 汽車工程學院，山東 德州 253023）

電動汽車制動能量回收系統的分析研究

付海濤

（德州學院 汽車工程學院，山東 德州 253023）

蓄電池儲電不足而造成續駛里程短是限制電動汽車發展的一大因素。在文章中，通過對電動汽車制動能量回收系統的分析，找出其影響因素，并介紹了制動能量回收的方法。

電動汽車；制動能量回收；分析

1　電動汽車制動能量回收系統的研究現狀

制動能量回收是指電動汽車在穩定行駛的前提下，把汽車在剎車或滑行時產生的多余能量轉化為電能，再電能存儲在存儲裝置中，為蓄電池充電。減少蓄電池對發動機的依賴，提高發動機效率。對于傳統汽車來說，其在制動時大都憑借摩擦制動來消耗車輛的動能或勢能，以實現控制車速的目的。而燃料電池、混合動力和純電動汽車則可以在制動過程中把驅動電機用作發電機，憑借整車慣性利用傳動系統帶動驅動電機發電，且在同一時間內對驅動輪產生制動轉矩，以達到在減緩車速的同時轉化動能和勢能的目的。

20世紀90年代初至21世紀初對于電動汽車制動能量回收系統的研究著重于設計優化方案以及制動控制。而1997年的第十四屆電動車年會上福特、本田、豐田等汽車公司及其研發人員發表的論文最具代表性。從2001年開始，電動汽車制動能量回收系統的研究重點已開始逐漸由方案設計和控制策略轉移到優化整車能量效率方面。美國的國家實驗室Argonne的專家對于行駛工況、整車質量、功率合成裝置的控制策略等對HEV燃油經濟性產生的影響進行了分析。

2　電動汽車制動能量回收系統分析

2.1制動能量回收的方法

通常按照電動汽車能量儲存方法的不同，我們將電動汽車制動能量的再生方法分為電化學、液壓、和飛輪儲能。

飛輪儲能是利用慣性方式來儲存及釋放能量的一種機械儲存能量的方法。汽車制動時，其首先帶動飛輪加速，然后把汽車減速或制動時產生的動能轉化成飛輪快速旋轉時的動能。汽車再次啟動時，汽車行駛的驅動力是由飛輪通過傳動裝置將其存儲的動能轉換而成的。

液壓儲能，它是在制動過程中的動能轉化為液壓能儲存在蓄能器。然后在汽車再次啟動或加速時，能量存儲系統和能量存儲裝置中的液壓能轉換成機械能，在反應在汽車上的形式的機械能，提高汽車的驅動力。

電化學儲能是先把汽車減速時產生的動能，經由發電機轉換成電能，再將它用化學能的形式儲存在在儲能器中的一種儲能方法；汽車再次出發的時候（或加速度），然后根據電機的能量儲存為化學將車輛的動能。

2.2影響制動能量回收的因素

（1）循環工況下制動能量分析。整車在循環工況的運行過程中驅動輪處的功率可由式（1）計算，

因為循環工況中的車速和加速度不停在變化，所以驅動和制動功率也在不停變化。電動汽車的制動能量和驅動在循環工況下的計算公式為：

為了方便對上式的分析，我們將驅動以及制動過程中的能量相應的加以考慮，作出如下規定：加速度是不帶符號的量，使，S是循環工況運行的總里程（單位：km），因此我們可以得到單位里程的單位質量的驅動能量以及制動能量：

式（3）中，α、β、γ分別跟驅動狀態下克服的滾動阻力、空氣阻力和加速阻力消耗的能量有關：

其中Pt＞0為驅動狀態。

式（4）中α'、β'的計算公式和（5）、（6）基本相同，只是其對應的制動狀態為Pt＜0。而因為在各循環工況下，汽車的初始和最終速度都為零，所以，式（3）和（4）中的γ系數相同。

式（3）與（4）列出了單元質量單位里程驅動和制動能量和車輛參數和周期。從表面上看，系數α、β、γ、α'和β'的計算僅只和循環工況里的車速及加速度有關，其實不然，它的積分區間會受到整車參數的影響。

（2）整車參數對制動能量的影響。循環工況下，其驅動能量主要被滾動阻力、空氣阻力以及制動系統等消耗，而這三環節所消耗的能量占驅動能量的百分比，可由下面得出。把式（4）帶入（3）中可以得出：

其中，Et_ms、Ef_ms、Ew_ms、Eb_ms分表代表單位里程的單位質量中的驅動能量、滾動阻力消耗的能量、空氣阻力消耗的能量以及制動能量。

由關系式（3）和（4）我們可以得到制動能量在驅動能量中所占的比例與整車參數的關系為：

為了更好地分析Φ與整車質量以及滾動阻力系數的關系，我們分別用Φ對m及f0求導得出：

由上述可以知道，影響循環工況下的電動汽車驅動以及制動能量的主要因素是整車質量以及輪胎的滾動阻力系數。因此，選擇滾動阻力小的輪胎以及整車輕量化對于減小電動汽車的整車驅動能量以及制動能量非常關鍵。而減小輪胎的滾動阻力對于提高制動能量來說所產生的效果要更加顯著。

3　結語

主要對電動汽車制動能量回收系統進行了分析，論述了制動能量回收系統研究的意義及重要性，介紹了制動能量回收的幾種方法，分析了制動能量回收的主要影響因素，主要有循環工況、整車參數等。

［1］汪貴平，寧航，龔賢武，等.基于嵌入式系統的汽車復合式檢測儀表［J］.長安大學學報（自然科學版），2005，25（2）.

［2］倪光正，倪培宏，熊素銘.現代電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池車——基本原理、理論和設計［M］.北京：機械工業出版社，2008.

［3］崔勝民，韓家軍.新能源汽車概論［M］.北京：北京大學出版社，2011.

［4］楊祖元.電動汽車能量和傳動系統性能仿真研究［D］.重慶：重慶大學，2002.

Analysis of Electric Vehicle Braking Energy Recovery System

FU Hai-tao
（School of Automotive Engineering，Dezhou College，Dezhou，Shandong 253023，China）

Short driving range caused by battery storage power shortage is one of the major factors which restrict the development of electric vehicles.In the article，through the analysis of the electric automobile brake energy recovery system，the influencing factors are found and the method of braking energy recovery is introduced.

electric vehicle；braking energy recovery；analysis

U469.72

A

2095-980X（2016）04-0062-02

2016-03-06

付海濤（1991-），男，山東德州人，大學本科，主要研究方向：電動汽車制動能量的回收。