电动汽车能量回收系统设计研究.docx

中北大学信息商务学院 2017 届毕业论文 电动汽车能量回收系统设计研究摘要：随着全世界范围内“低碳生活”呼声的增强以及世界各国对环保节能的重视程度越来越大, 低污染、零排放的新能源电动汽车应运而生，蓬勃发展 但当前限制电动汽车发展的最主要的问题是如何提升行驶里程在电动汽车行驶中，如果能够回收汽车所浪费的能量再回收利用在汽车的工作中，那么将会最大程度地提升电动汽车单次行驶路程关键词：电动汽车；能量再生；制动能量再生IDesign and study of electric vehicle energy recovery system Abstract: As the "low-carbon life" worldwide calls for enhanced and the world more and more emphasis on environmental protection and energy saving, low pollution, zero emissions of new energy electric vehicles arises at the historic moment, vigorous development. But the main issue currently limiting the development of electric cars is how to increase the mileage. In the electric car, if it can be recycled by cars wasting energy recycle use in car, so will maximize the electric car that runs a single journey of ascension. Keywords : Electric car;energy regeneration; brake energy regeneration 目 录摘要 ⅠAbstract Ⅱ目 录 III1绪 论 11.1 论文研究的背景 11.2 国内外制动能量回收研究现状 31.3 本文主要内容 52 电动汽车制动能量回收再生系统 62.1 再生原理 62.1.1 制动能量再生的基本原理 62.1.2制动能量再生原理 72.2 制动能量再生系统的组成 82.3 制动能量再生系统的分类 82.4 制动能量再生系统结构设计方案 102.5 本章小结 143 电动汽车制动能量回收的约束 154 电动汽车制动能量再生控制策略 184.1 制动能量再生过程的动力学分析 184.2 制动能量回收系统的控制策略 224.2.1 理想刹车控制策略 224.2.2 制动能量回收控制策略 234.2.3 ABS防抱死制动策略 244.2.4 并联再生制动控制策略 244.3本章小结 255 总结与展望 26参 考 文 献 27致 谢 29IV1绪 论1.1 论文研究的背景自从1886年世界上第一辆汽车诞生至今一百多年的时间里，汽车已经遍人类社会的各个角落而且已经成为人们不可缺少的出行工具。

在当今世界全球汽车工业迅猛发展的同时不仅给人类社会生存发展带来了巨大的便利，同时也消耗了大量的不可再生能源传统汽车发动机燃烧燃料进行运动的同时也排放出了大量的尾气，给全球环境造成了巨大的危害即便随着汽车科技技术的飞速发展已经在尾气上着重发展，使汽车尾气排放量降到很低，但由于全球气温快速上升、城市雾霾越来越严重、汽车保有量持续高速增长，还是对我们赖以生存的环境造成了不可估量的影响，严重污染了环境威胁了我们的生存根据一些调查报告可以看出，2011年全球汽车保守估计约有9.2亿辆，每年大概需要消耗石油产量的60%，全球气温上升约有超过25%量来自汽车尾气排放[1]随着全球汽车保有量的不断升高，传统的普通燃油汽车快速发展所带来的能源危机和环境污染日趋严重当局和各大汽车企业未来的技术发展方倾向定是着重于减少能源消耗和尾气排放，电动汽车一定会在未来大放异彩自从第一辆汽车诞生以来为它提供能量的一直是石油，而地球上的石油当前是不可再生资源，按现在已经探明的石油总储量约为12000亿桶算，当今世界的开采速度也仅仅只够开采40年左右，即使在今后的探测开采中不断地发现新的油田，但总会有消耗完的一天可见石油资源的紧缺将会直接影响到我国的能源安全，社会的稳定，人民的生活和国家的安全，是我国坚持长期可持续发展策略的一个重大隐患。

因此寻求石油以外的新能源是当今全球迫切需要解决的难题[2]最近这些年以来，我国的汽车企业在新能源方面完成了初步的发展，个别骨干企业技术已经达到国际先进水平，产销量规模位居世界前列，但与发达国家比拟，在核心尖端技术要求和应用水平上还有一定差距我国“十三五”控制温室气体排放工作方案中提出，国务院提出到2020年纯电动汽车和插电式混合动力汽车的生产能力要有200万辆[3]我国在“十三五”生态环保、节能减排、应对气候变化、战略性新兴产业发展相关规划和工作方案当中，都制定了一系列推动电动汽车发展的政策，囊括推进交通领域节能减排、加强机动车环境标准和污染节制，提升电动汽车整车核心部件、电池技术，推动市区社会公共服务区、居民区和公司的充电设施建造，完善标准规范和市场监管体系，继续对推广应用和充电设施建设的营运给予财政奖励和补贴推动绿色金融，推行电动汽车企业的融资渠道，推广低碳出行意识，积极地指导消费者购买使用新能源汽车东风电动汽车研发团队研发出产的EQ6110HEV混合型动力城市公交车被评为国家重点新能源产品比亚迪以超前的新能源技术、过硬的产品质量，助推新能源汽车应用推行电动汽车与传统汽车比较具备零排放、构造简单容易、容易启动、噪声低、易操纵等长处，有关的技术研究已经成熟，是公认将来汽车发展的必然趋势。

自1997年日本丰田公司出产的混合动力电动汽车Prius推出以来，全世界销售额已经逾越50万辆在混合动力汽车领域，日本的丰田公司和本田公司在技术层面和销售量以及宣传等方面已经走在其他公司的前面，推出了诸如Prius、Insight、Fit、Civic等量产化新能源动力汽车，深受大众喜欢其他国外汽车制造企业也相继推出相应的各种车型，例如宝马3系、5系、7系、8系都推出了相应的混合动力车型，大众推出的途锐混合动力版车型，特斯拉主推的MODEL S纯电动车，中国的汽车公司比亚迪在电动汽车范围内也已经走在前面，相继推出包含了唐、宋、秦等在内的多种混合动力车型和纯电动车型尽管电动汽车具有诸多优势却迟迟未能成为当今社会主流交通工具，因为其弱点和局限性同样明显：续航里程短、充电时间长、电池造价昂贵、整车造价高等问题在电动汽车科研范围中，怎么研制出高性性价比的储能设备和如何提升能量的利用率，是全部汽车厂商非常注重的两个方面尽管电动汽车蓄电池技术发展迅速，但受到经济性、安全性等因素制约很难在短时间内实现技术上的突破因此如何提高电动汽车的能量利用率是解决现阶段问题的一个突破口钻研制动能量再生技术对提高电动汽车的能量利用率有着非比寻常的意义。

汽车在制动的过程当中，发动机产生的动能会通过摩擦转变为热能而消散掉，巨大的能量被白白浪费掉依照有关数据发现，在几种有关城市工况下，汽车在制动情况下由摩擦制动而消散的能量占汽车总的动量的50%左右制动能量回收系统是现今世界上电动汽车研究开发的核心技术，也是电动汽车未来的发展趋势其工作原理如图1.1所示，在普通的传统燃油汽车中，当车辆减速、制动时，车辆的动能会通过制动体系而转化为热能向空气中消散而在电动汽车这种被挥霍掉的部分动能能够经过制动能量回收技术，通过拥有可逆功能的电动机或发电机来实现电动汽车动能和电能间的互相转变能够明显的改进车辆的经济性及车辆的制动性，提升能量的利用率，提高电动汽车的续航里程根据国际相关研究表示，在存在较经常制动与起动的市区工况条件下，可以高效地回收制动能量，电动汽车可以降低15% 的能量消耗，可以使电动汽车的行驶里程延长10%～30%图1 .1 制动能量回收原理1.2 国内外制动能量回收研究现状因为回收电动汽车的制动能量不光能提高汽车的能量利用率，增加续航里程，还能保护制动系统，保持整车的行驶安全稳定性因此，如何提高汽车的能量利用率是各大汽车厂商所要研究的主要问题。

国外再生制动技术的研究比较深入，除了实验室大量的理论研究成果，整车实用也比较成熟丰田公司的普锐斯和本田公司的音赛特就是成功将再生制动技术使用在汽车上的Yimin Gao和Mehrdad Ehsani提出了基于制动能量回收系统的纯电动汽车和混合动力汽车ABS系统的控制策略，通过精确设计电机制动力门限值，使得再生制动系统与ABS系统可兼容工作[4]当前，中国的制动能量回收技术处于才开始起步如表1.1各个高校、汽车厂商、科研院所都在这方面进行了大量的研究，也取得了很大的研究成果[5-9]从国内外研究现状可看出，汽车制动能量回收系统科研方向主要在如何回收制动能量、怎么提高回收制动能量效率、驱动电机技术、符合国情的再生制动控制策略等方面 表1.1 国内制动能量回收技术研究分析研究单位研究者控制策略所得结果清华大学罗禹贡李蓬等研究对象混合动力车设计目标驾驶员制动意图&能量回收率思想基于最优控制理论设计了制动力分配模型显著提高汽车制动响应速度提高制动能量回收率10%北京理工李玉芳林逸等研究的对象为独立式制动控制系统的制动力设计目标最大限度地回收再生制动能量得到再生制动力和液压制动的分配与控制规律华南理工罗玉涛吴昊硅等研究对象 给定的PWM调压调速系统的制动状态在能量回收原理基础上，设计混合励磁无刷电动机安装在EV60上实验，可达10%能量回收 武汉理工 过学讯 张靖等针对HEV上实现再生制动的必要性和可行性具体工作并联式制动能量回收的仿真研究建立HEV7200的系统仿真模型得到一定的能量回收率重庆大学詹讯秦大同等针对轻度HEV在典型城市驱动循环工况下特点能满足整车制动力分配的要求能量回收效率达到12.5%北京交大张欣耿聪等根据城市公交车车速变化大，制动强度低，频繁等特点设计目标保证低强度时制动能量再生和制动制动效能以及行车安全针对EQ611HEV仿真节能效果良好，可降低能耗10%～20%上海交大王保华张建武等建立并联式混合动力汽车动力模型目标 对纯电动汽车制动模式和机电模式下动力汽车能量进行再生制动仿真分析纯电机制动效能高能量回收率29% 机电混合仅2%1.3 本文主要内容本文主要是对电动汽车的制动能量再生系统进行研究和刨析，对比制定能量回收控制策略，指定符合我国国情发展的控制策略。

具体的研究内容主要有：1) 研究了各种制动能量回收方式和系统结构2) 分析制动能量再生系统结构设计方案对三个典型的再生制动控制策略进行了比较和分析，连系再生制动力与摩擦制动力的分配关系、电机峰值转矩、锂离子电池充电特性、ECE制动法规的分析，对并联再生制动控制策略进行优化，提出了符合本文研究电动汽车的能量回收控制策略2 电动汽。