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電容串聯(lián)升壓“再生技術(shù)”

發(fā)布時(shí)間:[ 2022-12-27 04:40:28]



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)。

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