電動汽車能量回收系統(tǒng)設(shè)計研究開題報告

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開 題 報 告1．結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫 2000 字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述1.1 背景 自從世界上第一輛汽車誕生至今短短一百多年的時間里，汽車已經(jīng)遍布世界各地角落并且成為人類社會生產(chǎn)和生活必不可少的交通工具。汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展不僅帶動世界各國經(jīng)濟發(fā)展，給人們生活帶來便利，也給全球環(huán)境造成巨大污染，氣候變暖已經(jīng)成為人類不得不面對的問題。有調(diào)查顯示，全球汽車保有量已經(jīng)超過 10 億輛，按世界人口平均每 6 人就擁有一輛，消耗了全球石油產(chǎn)量的 55%。隨著全球汽車保有量的不斷提升，傳統(tǒng)燃油汽車所帶來的能源危機和氣候變暖日益嚴重。各國政府和汽車企業(yè)普遍意識到節(jié)能和減排是未來汽車發(fā)展的必然方向，新能源電動汽車應(yīng)運而生。目前用于車載的電儲能裝置主要是蓄電池儲能裝置，儲能裝置既可以作為為驅(qū)動系統(tǒng)提供能量，又可以作為回饋系統(tǒng)回收制動能量。目前，世界發(fā)達國家的電動汽車技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且相繼有多款電動汽車問世。日本豐田公司生產(chǎn)的混合動力汽車 Prius 全球銷售超過 50 萬輛 [1]。美國通用、福特、克萊斯勒三大汽車公司與美國能源部合作推出了三款混合動力概念車 GM Precept、Ford Prodigy 以及 Dailmler Chysler Dodge EXS3[2]。我國的電動汽車技術(shù)水平與產(chǎn)業(yè)化和國外相比差距相對較小，基本處于同一起跑線上。東風(fēng)電動汽車股份有限公司研發(fā)生產(chǎn)了神龍富康純電動轎車、EQ7200 混合動力轎車和 EQ61100 混合動力公交車等車型，福田迷笛、比亞迪 E6、江淮同悅、奇瑞 QQ 的車型均已實現(xiàn)量產(chǎn) [3]。而電動汽車在頻繁的制動過程中有許多能量流失浪費，研究電動汽車在行車制動時的能量回饋吸收，使得能量得到進一步的應(yīng)用，提高能量利用效率，延長續(xù)航里程，對電動汽車發(fā)展有著重大的意義。1.2 課題研究的目的和意義電動汽車與傳統(tǒng)汽車先比有以下優(yōu)點：零排放、結(jié)構(gòu)簡單、噪聲低、能量利用效率高、易于實現(xiàn)無級變速、整車維護保養(yǎng)便捷、經(jīng)濟性較高、百公里能源消耗相較于傳統(tǒng)汽車大大節(jié)省了資源。純電動汽車具有諸多優(yōu)勢卻遲遲不能成為主流交通工具，因為其弱點和局限性同樣明顯：(1) 充電時間長；（2）續(xù)航里程不足；（3）無法實現(xiàn)快速能量補給；（4）整車制造成本高；（5）電池更換費用高。在電動汽車研究中，如何研制高性能的儲能設(shè)備、以及如何提高汽車能量的利用率，是所有研究中比較重要的兩個方面。盡管汽車蓄電池技術(shù)發(fā)展迅速，但受經(jīng)濟性、安全性等等因素的制約，很難在短時間內(nèi)實現(xiàn)重大突破。因此如何提高電動汽車的能量利用率是一個非常關(guān)鍵的問題。研究制動能量回收對提高電動汽車的能量利用率是非常有意義的。電動汽車在制動過程中，汽車的動能通過摩擦轉(zhuǎn)化為熱能而散掉，大量的能量被浪費掉。據(jù)相關(guān)數(shù) 據(jù)研究表明，在幾種典型城市工況下，汽車制動時由摩擦制動耗散的能量占汽車 總驅(qū)動能量的 50%左右 [4]。國外有關(guān)研究表明，在存在較頻繁的制動與起動的城市工況運行條件下，有效地回收制動能量，電動汽車大約可降低 15% 的能量消耗，可使電動汽車的行駛距離延長 10%～30% [5 6]。本課題研究的是根據(jù)當(dāng)前新能源汽車發(fā)展趨勢，對當(dāng)前電動汽車所用制動能量回收系統(tǒng)進行分析，對比各能量回收系統(tǒng)方案設(shè)置、儲能方式及應(yīng)用情況，研究不同剎車模式對制動能量回收的約束，得出電動汽車能量再生控制策略。 1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析近年來，由于回收電動汽車的制動能量不僅能提高電動汽車的能量利用率，增加汽車續(xù)航里程，還能保護制動器，有效提高整車的安全性。因此，國內(nèi)外對其進行大量的研究。美國 Texas A&M 大學(xué)的 Yimin Gao 等提出了評價制動能量回收效率的三種 制動力分配控制策略，在此基礎(chǔ)上建立了純電動汽車的制動能量仿真實驗?zāi)Ｐ停?針對不同的制動強度進行了仿真實驗 [7]。他們提出基于制動能量回收系統(tǒng)的純電動汽車和混合動力汽車 ABS 系統(tǒng)的控制策略，通過精確設(shè)計電機制動力門限值，使得再生制動系統(tǒng)與ABS 系統(tǒng)可兼容工作 [8]。Wicks 等建立了城市客車在市區(qū)行駛循環(huán)工況下的數(shù)學(xué)模型，研究再生制動系統(tǒng) 的節(jié)能效果 [9]。美國 Texas A&M 大學(xué)的 Hongwei Gao 等提出了混合動力汽車基 于開關(guān)磁阻電機再生制動的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，并在行駛循環(huán)工況下進行了能量回 收 效 率 的 分 析 [1()]。 近年來，世界各大汽車公司都推出了自己的能量回收系統(tǒng)，他們所采用的再生制動系統(tǒng)控制策略都比較先進。豐田公司的 ECB 制動系統(tǒng)，本田公司的 ESP 系統(tǒng)，特斯拉、寶馬、奧迪等中高端車型，福特公司的 Prodigy，日產(chǎn)的 Tino 和通用的 Precept 轎車均為新研制出的混合動力電動汽車，它們的制動系統(tǒng)都具有制動能量回收功能 [11]。目前，國內(nèi)制動能量回收技術(shù)處于剛剛起步階段，大部分的研究都停留在理論計算和建模仿真階段。清華大學(xué)的羅禹貢、李蓬等基于最優(yōu)控制理論設(shè)計了制動力分配模型。得出結(jié)論為顯著提高汽車制動響應(yīng)速度提高制動 能量回收率 10%[12]。北京理工大學(xué)李玉芳、林逸等研究得到再生制動力和液壓制動力的分配與控制規(guī)律 [13]。上海交通大學(xué)王保華、張建武等研究得到純電機制動效能高，能量回收率 29%機電混合反之 (僅 2%)[14]。西安交通大學(xué)白志峰、 曹秉剛等以蓄電池充電電流為控制對象的再生制動方案得到即可保證制動安全制動性能又保護蓄電池 [15]。從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可看出，汽車制動能量回收系統(tǒng)研究主要集中在回收制動能量方法、回收制動能量的效率、驅(qū)動電機與功率轉(zhuǎn)換器的控制技術(shù)、再生制動控制策略、機電復(fù)合制動的協(xié)調(diào)等方面。目前急需解決制動能量回收系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問題。合理配置能量轉(zhuǎn)換裝置、能量儲存技術(shù)和控制策略，在保證車輛安全性能的條件下達到再生制動功能與效率的優(yōu)化。隨著電機技術(shù)、能量儲存技術(shù)及控制技術(shù)的發(fā)展，再生制動技術(shù)將成為現(xiàn)代汽車的一種常規(guī)配置。參考文獻：[1] 曹秉剛.中國電動汽車技術(shù)新進展[J].西安交通大學(xué)學(xué)報，2007,41:1-1.[2]徐哲.我國電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀與對策[J].車界論壇，2006,2.[3]過學(xué)迅，張靖.混合動力電動汽車再生制動系統(tǒng)的建模與仿真.武漢理工大學(xué)學(xué)報.2005,27(1):22-26.[4]Eiji Nakamura，Masayuki Soga,Akira Saka.Development of Electronically Controlled Brake System for Hybrid Vehicle[J], SAE paper,2002-01-0300.[5]仇斌，陳世全.北京市區(qū)電動輕型客車制動能量回收潛力[J].機械工程學(xué)報.2005,41(12):35-36[6]何仁，程青訓(xùn).帶有制動能量再生系統(tǒng)的公共汽車制動過程[J].江蘇大學(xué)學(xué)報.[7] Yimin Gao.Investigation of the Effectiveness of Regenerative Braking for EV and HEV [J].SAE paper,1999-01-2910.[8]Yimin Gao,MEHRDAD Ehsan.i Electrinic Braking System of EV and HEV—Integration of Regenerative Braking,Automatic Braking Forces Control and ABS [J], SAEpaper, 2001-01-2478.[9]Frank Wicks, Justin Maleszweski, Colin Wright, Jan Zarybnicky. 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