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電容串聯升壓“再生技術”

發布時間:[ 2022-12-27 04:40:28]



回收減速動能提高效率

世界節能駕駛賽道位于日本秋田縣大瀉村


3km 繞線1 圈約6km,每圈設有2 折返點。一端折返點半徑大,即使接近40km/h 速度也可以轉向掉頭。

另一端的折返點半徑只有10個m,類似于原地掉頭的折返必須減速(照片1)。參賽車必須從40開始km/h 上述速度減速至20km/h,因此,有效利用制動能量的意義不言而喻。這可以通過計算來確認。假設車身質量為30kg,司機體重70kg。總質量為100kg 的物體,從40km/h(11.1m/s) 減速到20km/h(5.55m/s),此時動能差為

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15 圈,需要做15 理論上可以回收19次再生制動Wh 能量。事實上,考慮到發電能量損失和駕駛阻力造成的能量損失,只能恢復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% 這個效果也很明顯。

實現再生制動發電的方法

現在討論實現再生制動發電的具體方法。節能駕駛比賽中使用的再生制動發電主要有圖4 所示的3 類方法。


圖4(a)這是較傳統的市場銷售方法EV 這種方法經常使用。但與電池容量(144Wh),再生制動發電(200~400W)當量小,制動距離短,短時間內快速充電,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。這是一個超大容量的電容器,因為它是電容器的結構,在再生制動回收能量的程度上,幾乎可以立即完成充放電過程。圖4(b)采用雙層電容器(以下簡稱電容器)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。在正常行駛過程中,電流通過二極管會增加損耗。如圖5 所示,


利用MOSFET 運行放大器構成理想的二極管;或為二極管設置旁路開關,再生制動過程結束后,電池電壓升高,連接旁路開關。這種對策是必要的。對于電源是發電機或燃料電池,這種方法也可以再生。

電容串聯升壓進一步提高效率

最后一種方法如圖4所示(c)~(e)電容器串聯升壓的再生制動方法。電機通常由電池驅動[ 圖4(c)],再生制動時,將電池切換為電容器[ 圖4(d)]。該方法的關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的發電電壓,即使沒有電機控制器的電壓,也可以再生制動充電。該方法的優點是無電機控制器升壓損失,提高再生效率。再生制動儲存在電容器上的能量,如果不加以處理,由于電壓過低,將無法使用,因此需要將電容器與電池串聯使用(圖4(e))。例如,電池電壓為24V,電容器電壓為12V,串聯后得到36V 電壓。


圖6 是電池電容器串并聯切換電路。假設一組電池的電壓是6V,在高速(30~40km/h)將電容器串聯,得到12V 再生電壓(圖6(a));如果速度降低,將電容器并聯獲得6V 再生電壓(圖6(b)),提高再生效率。電容器(6)V)并聯與電池串聯(圖6)(c)),控制電源電壓的變化(24V → 30V)。該方法的缺點是很難調整制動力的大小。其優點是電路簡單,再生效率高,是一種易于實現的再生方法。

在普通EV 方面的應用

類似于電容器串聯升壓的方法,可以將電池與電源串聯起來,臨時提高電壓。該方法也可用于再生制動以外的場合。例如,在高速公路上超車時,為了達到臨時提高電壓的目的,增程器(EV 與電池串聯使用輔助發電機(圖7)。

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