回收減速動(dòng)能提高效率

世界節(jié)能駕駛賽道位于日本秋田縣大瀉村

3km 繞線(xiàn)1 圈約6km，每圈設(shè)有2 折返點(diǎn)。一端折返點(diǎn)半徑大，即使接近40km/h 速度也可以轉(zhuǎn)向掉頭。

另一端的折返點(diǎn)半徑只有10個(gè)m，類(lèi)似于原地掉頭的折返必須減速(照片1)。參賽車(chē)必須從40開(kāi)始km/h 上述速度減速至20km/h，因此，有效利用制動(dòng)能量的意義不言而喻。這可以通過(guò)計(jì)算來(lái)確認(rèn)。假設(shè)車(chē)身質(zhì)量為30kg，司機(jī)體重70kg?？傎|(zhì)量為100kg 的物體，從40km/h（11.1m/s） 減速到20km/h（5.55m/s），此時(shí)動(dòng)能差為

E= 1/2×m ×（v 12-v 22）

=50×（11.12-5.552）=50×（123.21-30.8）

=4620（J） → 1.28Wh

第一陣營(yíng)15 圈，需要做15 理論上可以回收19次再生制動(dòng)Wh 能量。事實(shí)上，考慮到發(fā)電能量損失和駕駛阻力造成的能量損失，只能恢復(fù)19Wh 70%~80%。即便如此，總能量也可以是144Wh（12V×3Ah×4)電池組增加約10% 這個(gè)效果也很明顯。

實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)發(fā)電的方法

現(xiàn)在討論實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)發(fā)電的具體方法。節(jié)能駕駛比賽中使用的再生制動(dòng)發(fā)電主要有圖4 所示的3 類(lèi)方法。

圖4（a）這是較傳統(tǒng)的市場(chǎng)銷(xiāo)售方法EV 這種方法經(jīng)常使用。但與電池容量(144Wh），再生制動(dòng)發(fā)電(200~400W）當(dāng)量小，制動(dòng)距離短，短時(shí)間內(nèi)快速充電，不是充電效率低于鋰離子電池的鉛酸電池的有效方法。

利用電容器提高效率

雙電層電容器(效率接近100%)是比鋰離子電池充放電效率更高的部件。這是一個(gè)超大容量的電容器，因?yàn)樗请娙萜鞯慕Y(jié)構(gòu)，在再生制動(dòng)回收能量的程度上，幾乎可以立即完成充放電過(guò)程。圖4（b）采用雙層電容器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)電容器)提高再生效率。在電容器和電池之間連接二極管，以防止從電容器流向電池的反向電流。在正常行駛過(guò)程中，電流通過(guò)二極管會(huì)增加損耗。如圖5 所示，

利用MOSFET 運(yùn)行放大器構(gòu)成理想的二極管；或?yàn)槎O管設(shè)置旁路開(kāi)關(guān)，再生制動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，電池電壓升高，連接旁路開(kāi)關(guān)。這種對(duì)策是必要的。對(duì)于電源是發(fā)電機(jī)或燃料電池，這種方法也可以再生。

電容串聯(lián)升壓進(jìn)一步提高效率

最后一種方法如圖4所示（c）~（e）電容器串聯(lián)升壓的再生制動(dòng)方法。電機(jī)通常由電池驅(qū)動(dòng)[ 圖4（c）]，再生制動(dòng)時(shí)，將電池切換為電容器[ 圖4（d）]。該方法的關(guān)鍵是電容器電壓低于電池電壓的一半。由于電容器的電壓低于電機(jī)的發(fā)電電壓，即使沒(méi)有電機(jī)控制器的電壓，也可以再生制動(dòng)充電。該方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)電機(jī)控制器升壓損失，提高再生效率。再生制動(dòng)儲(chǔ)存在電容器上的能量，如果不加以處理，由于電壓過(guò)低，將無(wú)法使用，因此需要將電容器與電池串聯(lián)使用(圖4（e））。例如，電池電壓為24V，電容器電壓為12V，串聯(lián)后得到36V 電壓。

圖6 是電池電容器串并聯(lián)切換電路。假設(shè)一組電池的電壓是6V，在高速（30~40km/h）將電容器串聯(lián)，得到12V 再生電壓(圖6（a））；如果速度降低，將電容器并聯(lián)獲得6V 再生電壓(圖6（b）），提高再生效率。電容器(6)V）并聯(lián)與電池串聯(lián)(圖6)（c）），控制電源電壓的變化(24V → 30V）。該方法的缺點(diǎn)是很難調(diào)整制動(dòng)力的大小。其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，再生效率高，是一種易于實(shí)現(xiàn)的再生方法。

在普通EV 方面的應(yīng)用

類(lèi)似于電容器串聯(lián)升壓的方法，可以將電池與電源串聯(lián)起來(lái)，臨時(shí)提高電壓。該方法也可用于再生制動(dòng)以外的場(chǎng)合。例如，在高速公路上超車(chē)時(shí)，為了達(dá)到臨時(shí)提高電壓的目的，增程器（EV 與電池串聯(lián)使用輔助發(fā)電機(jī)(圖7)。