电容串联升压“再生技术”

回收减速动能提高效率

世界节能驾驶赛道位于日本秋田县大泻村

3km 绕线1 圈约6km，每圈设有2 折返点。一端折返点半径大，即使接近40km/h 速度也可以转向掉头。

另一端的折返点半径只有10个m，类似于原地掉头的折返必须减速(照片1)。参赛车必须从40开始km/h 上述速度减速至20km/h，因此，有效利用制动能量的意义不言而喻。这可以通过计算来确认。假设车身质量为30kg，司机体重70kg。总质量为100kg 的物体，从40km/h（11.1m/s） 减速到20km/h（5.55m/s），此时动能差为

E= 1/2×m ×（v 12-v 22）

=50×（11.12-5.552）=50×（123.21-30.8）

=4620（J） → 1.28Wh

第一阵营15 圈，需要做15 理论上可以回收19次再生制动Wh 能量。事实上，考虑到发电能量损失和驾驶阻力造成的能量损失，只能恢复19Wh 70%~80%。即便如此，总能量也可以是144Wh（12V×3Ah×4)电池组增加约10% 这个效果也很明显。

实现再生制动发电的方法

现在讨论实现再生制动发电的具体方法。节能驾驶比赛中使用的再生制动发电主要有图4 所示的3 类方法。

图4（a）这是较传统的市场销售方法EV 这种方法经常使用。但与电池容量(144Wh），再生制动发电(200~400W）当量小，制动距离短，短时间内快速充电，不是充电效率低于锂离子电池的铅酸电池的有效方法。

利用电容器提高效率

双电层电容器(效率接近100%)是比锂离子电池充放电效率更高的部件。这是一个超大容量的电容器，因为它是电容器的结构，在再生制动回收能量的程度上，几乎可以立即完成充放电过程。图4（b）采用双层电容器(以下简称电容器)提高再生效率。在电容器和电池之间连接二极管，以防止从电容器流向电池的反向电流。在正常行驶过程中，电流通过二极管会增加损耗。如图5 所示，

利用MOSFET 运行放大器构成理想的二极管；或为二极管设置旁路开关，再生制动过程结束后，电池电压升高，连接旁路开关。这种对策是必要的。对于电源是发电机或燃料电池，这种方法也可以再生。

电容串联升压进一步提高效率

较后一种方法如图4所示（c）~（e）电容器串联升压的再生制动方法。电机通常由电池驱动[ 图4（c）]，再生制动时，将电池切换为电容器[ 图4（d）]。该方法的关键是电容器电压低于电池电压的一半。由于电容器的电压低于电机的发电电压，即使没有电机控制器的电压，也可以再生制动充电。该方法的优点是无电机控制器升压损失，提高再生效率。再生制动储存在电容器上的能量，如果不加以处理，由于电压过低，将无法使用，因此需要将电容器与电池串联使用(图4（e））。例如，电池电压为24V，电容器电压为12V，串联后得到36V 电压。

图6 是电池电容器串并联切换电路。假设一组电池的电压是6V，在高速（30~40km/h）将电容器串联，得到12V 再生电压(图6（a））；如果速度降低，将电容器并联获得6V 再生电压(图6（b）），提高再生效率。电容器(6)V）并联与电池串联(图6)（c）），控制电源电压的变化(24V → 30V）。该方法的缺点是很难调整制动力的大小。其优点是电路简单，再生效率高，是一种易于实现的再生方法。

在普通EV 方面的应用

类似于电容器串联升压的方法，可以将电池与电源串联起来，临时提高电压。该方法也可用于再生制动以外的场合。例如，在高速公路上超车时，为了达到临时提高电压的目的，增程器（EV 与电池串联使用辅助发电机(图7)。