電力機(jī)車再生制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化的探討

白建軍

摘 要：當(dāng)下的燃油汽車面臨著清潔能源和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力，世界上各個(gè)國(guó)家都在提倡生產(chǎn)出零排放、無(wú)污染的電力機(jī)車?？蓪?shí)際上的問(wèn)題是電力機(jī)車一次性充電過(guò)后其行駛的路程要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的燃油汽車，所以這一缺點(diǎn)很大程度上抑制了電力機(jī)車的全面推廣。因此，我們可以利用電力機(jī)車再生制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化來(lái)有效的提升行駛路程，然而這樣就產(chǎn)生了一個(gè)新問(wèn)題，就是要如何高效的利用和回收再生能源。本文就電力機(jī)車再生制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化進(jìn)行了一系列討論。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車；再生制動(dòng)；能量轉(zhuǎn)化

從汽車發(fā)明到如今汽車邁入每家每戶這一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，它為人類的社會(huì)生產(chǎn)和日常需求帶來(lái)巨大的便利，到了21世紀(jì)，它已經(jīng)成為了人們生活中不可或缺的交通工具。汽車工業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中也發(fā)揮著相當(dāng)大作用，它不僅人們創(chuàng)造了大量的就業(yè)機(jī)會(huì)，還帶來(lái)了方便與快捷。汽車產(chǎn)業(yè)也成為了世界上最龐大的產(chǎn)業(yè)之一，是工業(yè)化國(guó)家的主要經(jīng)濟(jì)支柱，但是科學(xué)本身就是一柄雙刃劍，它在帶來(lái)便利的同時(shí)也同樣帶來(lái)了極大的負(fù)面影響，如燃油汽車需要大量的石油消耗，不僅造成了極其惡劣的環(huán)境污染，還制造了不少噪音。在不可再生能源日漸缺少的今天，如何實(shí)現(xiàn)汽車的可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)是世界各地的一個(gè)重要課題。

一、電力機(jī)車再生制動(dòng)能量的現(xiàn)狀

當(dāng)前關(guān)于電動(dòng)機(jī)車的研究主要集中在蓄電池和檢測(cè)管理等方面，其中，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)能源回收利用是電子機(jī)車需要面臨的一大難題。再生制動(dòng)技術(shù)起初是用于電力機(jī)車，在機(jī)車減速這方面有效的回收能源，自從在上世紀(jì)60年代將這項(xiàng)技術(shù)用在汽車方面上后，發(fā)現(xiàn)節(jié)能效果顯著，于是人們就開(kāi)始嘗試將其用在電力機(jī)車上，并且獲得了極大的成功，然而由于當(dāng)時(shí)的蓄電池技術(shù)還沒(méi)有得到突破，所以就導(dǎo)致了此項(xiàng)技術(shù)在電力機(jī)車上的應(yīng)用發(fā)展緩慢。

目前關(guān)于電力機(jī)車再生制動(dòng)能源的研究中，制動(dòng)力如何分配制動(dòng)能源是控制研究的主要問(wèn)題，它的設(shè)計(jì)目的就是為了能夠提高能量的回收率和讓駕駛員能夠有較好的駕駛體驗(yàn)，國(guó)外研究學(xué)者認(rèn)為，提高電力機(jī)車的制動(dòng)力分配比例能夠提升機(jī)車的能量整體回收率，而且經(jīng)過(guò)他們的專業(yè)分析表明，通過(guò)準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)電力機(jī)車的制動(dòng)力門(mén)限值，能夠讓制動(dòng)能量回收系統(tǒng)和ABS系統(tǒng)兼容合作。此外，他們還提出了一種能夠區(qū)分常規(guī)主動(dòng)和緊急制動(dòng)的邏輯分配，意思就是通過(guò)調(diào)節(jié)制動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)回收利用電機(jī)所回饋的能量，然而這種利用軟件來(lái)區(qū)分制動(dòng)能量的方式在很大程度上增加了軟件開(kāi)發(fā)的難度。制動(dòng)能量回收系統(tǒng)和ABS系統(tǒng)可以同時(shí)對(duì)門(mén)限值進(jìn)行判斷，所以在車輪出現(xiàn)抱死狀況時(shí)，兩套系統(tǒng)就需要在同一時(shí)間進(jìn)行切換工作，極大提升了系統(tǒng)的錯(cuò)誤率。

二、電力機(jī)車再生制動(dòng)的原理及目的

原理：再生制動(dòng)也可以稱之為再生回饋制動(dòng)，它的原理就是汽車制動(dòng)時(shí)將慣性節(jié)省出來(lái)的能量傳遞到電機(jī)中，電機(jī)再以發(fā)電機(jī)的方式工作，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，這部分節(jié)省出來(lái)的能量再由二極管回饋到直流這一側(cè)，將蓄電池上充電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量的回收利用。而電機(jī)內(nèi)部也將進(jìn)行一系列變化：電機(jī)旋臂的旋轉(zhuǎn)速度將超過(guò)同等頻率下的轉(zhuǎn)速，再超過(guò)同步磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)速，從而讓切割磁感應(yīng)線反向切割，最終達(dá)到將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的效果。再生制動(dòng)不僅可以大大提高能源的利用率，還能夠減小機(jī)械在制動(dòng)方面山的磨損，從而更好的實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)汽車在公路上踩制動(dòng)板減速或者剎車時(shí)，再生制動(dòng)系統(tǒng)就是在這時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)汽車正常減速的時(shí)候，再生制動(dòng)的力矩一般處在最大負(fù)荷狀態(tài)，但是由于發(fā)電機(jī)不足，電力機(jī)車的再生制動(dòng)不能像傳統(tǒng)的燃油汽車一樣給汽車提供足夠的減速制動(dòng)。與此同時(shí)，如果儲(chǔ)存能量的裝置能源已經(jīng)完全被填滿，再生制動(dòng)轉(zhuǎn)換的能源就無(wú)處可放，汽車所需要的制動(dòng)力就只能夠依靠液壓來(lái)完成。所以在一般的汽車中，再生制動(dòng)通常和液壓系統(tǒng)同時(shí)存在。

目的：電機(jī)將由慣性產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并全部回饋到電網(wǎng)中，這個(gè)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)力，讓電動(dòng)機(jī)能夠及時(shí)的停止沒(méi)有用的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)常用的將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的方式就是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一般是切割磁感應(yīng)線來(lái)達(dá)到這一目的，依靠這一原理產(chǎn)生的再生制動(dòng)能夠很好的減少損耗能量。

三、再生制動(dòng)的受到的影響因素以及改善策略

影響因素：在汽車的制動(dòng)過(guò)程中，除去掉一部分空氣阻力和汽車本身的行駛阻力所耗費(fèi)掉的能量，我們希望能夠最大程度上的回收其他的可回收能量，在汽車的實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，并不是所有的制動(dòng)能量都可以被回收的。在傳統(tǒng)汽車上，只有驅(qū)動(dòng)輪上產(chǎn)生的能量能夠被送到蓄電池，另外一部分能量損失是無(wú)法阻擋的，它們以熱量的形式消失掉，而且在能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，在動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能上機(jī)器本身也會(huì)損失掉一部分能量。還有一個(gè)影響能量回收的方式就是制動(dòng)器將電能轉(zhuǎn)換為電能，電動(dòng)機(jī)需要的能量本身就是依靠電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，在它的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，可以回收的能源和車速成正比關(guān)系，當(dāng)需要的能量超出制動(dòng)的范圍之后，電動(dòng)機(jī)能夠吸收的能量就基本保持不變了，超出的這部分將會(huì)以摩擦的形式散失。

改善策略：為了提升電力機(jī)車能量的回收率，從再生制動(dòng)分配控制的策略進(jìn)行了研究，可以從ADVISOR制動(dòng)力分配策略出發(fā)，提出一種模糊控制分配的策略，這種模糊分配策略的能量回收率和汽車的行駛路程都要高于ADVISOR策略，而且它不用依靠于數(shù)學(xué)模型，具有不錯(cuò)的魯棒性。所以總的來(lái)說(shuō)，要想提升電力機(jī)車再生制動(dòng)的能量利用率，可以改變它的分配策略方向出發(fā)。再就是采用微型計(jì)算機(jī)來(lái)控制制動(dòng)，它可以保障電力機(jī)車行駛時(shí)所需要的制動(dòng)力，通過(guò)對(duì)電制動(dòng)和空氣制動(dòng)兩個(gè)制動(dòng)的結(jié)合和合理運(yùn)用，讓制動(dòng)方式能夠發(fā)揮出更好的效果，節(jié)省更多能源。

四、總結(jié)與展望

本次論文從電力機(jī)車的再生制動(dòng)能量的效率優(yōu)化出發(fā)，簡(jiǎn)單的講解了它的現(xiàn)狀、原理和目的，并通過(guò)列出一些具體影響制動(dòng)能量轉(zhuǎn)換的因素來(lái)提出改善策略，再通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，提出了模糊分配策略，這種策略不僅大大提升了蓄電池能夠回收利用的能量、提升了能量回收率，還很好的提升了電力機(jī)車的行駛路程，使制動(dòng)能量得到了更好的利用。然而由于條件的限制，本次論文還存在不足之處，比如說(shuō)還可以在目前比較成熟的基礎(chǔ)之上選擇一款容量巨大的超容電池作為后備輔助能源，這樣就能更好的提升電力機(jī)車的能源回收率。相信在未來(lái)的電力機(jī)車發(fā)展中，仍是以“節(jié)能、環(huán)?！睘橹黝}，為人類的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]潘家興.電力機(jī)車再生制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化的探討[J].電工技術(shù)，2019（05）：21-25.