电容串联升压“再生技术”

发布时间:[ 2022-05-07 08:33:53]

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 直线轨道绕1 圈6km,每圈有2个 折返点。一端折返点半径大,即使接近40km/h 的速度也可以转向掉头。

另一端的折返点半径只有10m,近似于原地掉头的折返必须减速才行(照片1)。参赛车必须从40km/h 以上速度减速至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。假设车身的质量是30kg,司机体重为70kg。总质量为100kg 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

*阵营行驶15 圈,需要15 再生制动,理论上可以回收19Wh 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,只能回收19Wh 的70%~80%144Wh(12V×3Ah×4)电池组增加约10% ,效果也很明显。

实现再生制动发电的方法

现在我们来讨论一下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 多采用这种方法。然而,与电池容量相比,(144Wh),节能驾驶比赛中的再生制动发电(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。因为是电容器的结构,从再生制动和回收能量的角度来看,充放电过程几乎可以瞬间完成。4(b)采用双层电容器(以下简称电容器)提高再生效率的方法。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。在正常驾驶过程中,电流通过二极管会增加损耗。如图5 所示,


利用MOSFET 和操作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

较后一种方法如图所示4(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,将电池切换成电容器[ 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,也可以进行再生制动充电。这种方法的优点是没有电机控制器的电压损失,提高了再生效率。再生制动存储在电容器上的能量,由于电压过低,无法使用,因此需要将电容器与电池串联使用(图片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 是电池和电容器的串并联切换电路。假设一组电池的电压是6V,在高速(30~40km/h)时将电容器串联,得到12V 再生电压(图6(a));如果速度降低,将电容器并联得到6V 再生电压(图6(b)),提高再生效率。电容器升压时。(6V)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 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 用辅助发电机)与电池串联(图7)。


也可以用DC-DC 变换器升压(图8)。

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