作者：劉龍江 白志峰 曹秉剛

    1引言

    再生制動在電動汽車的能量回收中占有突出的地位，在電動汽車的能量管理系統(tǒng)中，要求能盡可能多的利用再生制動回饋的能量。通常多采用向蓄電池充電來吸收再生制動回饋的能量[1]，其缺點(diǎn)是蓄電池難以實(shí)現(xiàn)短時間大功率充電且充放電循環(huán)次數(shù)有限，成本高。超級電容器是1種介于電池和靜電電容器之間的儲能元件，具有比靜電電容器高得多的能量密度和比電池高得多的功率密度，適合用作短時間功率輸出源[2]，它具有諸如比功率（單位質(zhì)量或體積輸出的功率）高、比能量（單位質(zhì)量或體積輸出的電量）大、1次儲能多等優(yōu)點(diǎn)，因此能大大提高電動汽車的1次續(xù)駛里程數(shù)并能在汽車啟動、加速和爬坡時有效改善電動汽車的運(yùn)動特性。另外，在電動車上使用超級電容器后能夠平滑動力電池的充放電電流，動力電池的使用壽命亦可有較大延長，甚至可延長1.5倍。據(jù)此，文中提出1種利用超級電容器作為電動汽車儲能裝置，以期尋求獲得高水平的能量回收的方法，并對超級電容器的控制器的設(shè)計(jì)作了簡要的介紹。

    2系統(tǒng)概述

    2.1再生制動實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

    再生制動是將車輛的動能依靠電機(jī)的發(fā)電機(jī)儲存在電動汽車的儲能裝置中重新加以回收利用。實(shí)驗(yàn)中采用了國內(nèi)生產(chǎn)的1臺永磁直流電機(jī)（18kw/288v）和兩只并聯(lián)的超級電容器（350v/0.7f/400a，400v/0.58f/400a），設(shè)計(jì)了1種小功率斬波器(dc/dc變換器)對超級電容器的充放電進(jìn)行控制。再生制動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺示意簡圖見圖1所示。圖中，交流電源通過ac/dc整流為直流電，是實(shí)驗(yàn)中的動力源，實(shí)際上，它就相當(dāng)于電動汽車的主電源——動力電池，負(fù)責(zé)拖動電機(jī)并在必要時向超級電容器充電。

    圖1再生制動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺的示意圖

    電動汽車的驅(qū)動電機(jī)應(yīng)具有寬的調(diào)速范圍和高的轉(zhuǎn)速，足夠大的啟動扭矩，效率高且有動態(tài)制動強(qiáng)和能量回饋的性能。永磁直流電機(jī)用作驅(qū)動電機(jī)具有這種特點(diǎn)且其驅(qū)動控制系統(tǒng)比較簡單。斬波器(dc/dc變換器)是直流電源和負(fù)載之間的一個周期性通斷的開關(guān)控制裝置，它的作用是改變供給電機(jī)或超級電容器的電壓，實(shí)際上是作為1個電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)而工作。由于采用斬去輸入電壓而變成在時間上斷續(xù)的脈沖輸出，這類調(diào)節(jié)器因此而得名，可用晶閘管、gto、gtr或igbt等功率半導(dǎo)體器件作為電子開關(guān)。在上述實(shí)驗(yàn)方案中，超級電容器和直流電機(jī)分別依次作為直流電源或負(fù)載使用。電動汽車在起動、加速和恒速運(yùn)行時，超級電容器放電,供給電機(jī)電能,電機(jī)處在電動狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的變換，驅(qū)動車輛前進(jìn)。當(dāng)電動汽車減速時，要求直流電機(jī)處在發(fā)電制動狀態(tài)，即處于再生制動狀態(tài)，給作為電源的儲能裝置超級電容器充電，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)再生能量回收。

    2.2dc-dc主回路設(shè)計(jì)

    為了實(shí)現(xiàn)上述控制要求,設(shè)計(jì)了1種雙向升、降壓變換的dcdc變換器，其主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

    圖2dc-dc變換器主回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    控制方案如下所述：

    （1）電動升壓

    smdw完全導(dǎo)通，smup斬波；sbdw、sbup關(guān)斷。超級電容器此時工作在放電方式下，其電壓大于負(fù)載（電動機(jī)）要求的額定電壓，dcdc變換器只能進(jìn)行電動升壓變換，向負(fù)載提供電能。

    (2)電動降壓

     smup完全截止，smdw斬波；sbdw、sbup關(guān)斷。超級電容器此時工作在放電方式下，其電壓小于負(fù)載（電動機(jī)）要求的額定電壓，dcdc變換器只能進(jìn)行電動降壓變換，向負(fù)載提供電能。

    （3）電動直輸

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