基于超级电容的车辆制动能量回收系统的仿真研究

车辆的制动能量至今还是一种没有被很好地开发利用的能量,特别使对于需要频繁起动和制动的市区行驶的公共汽车以及地铁、轻轨等,制动能量回收有着很大的潜力。目前车辆制动能量回收的方法有液压储能、飞轮储能和电化学储能等等。电化学储能是一种很具有发展前途的方案,它具有结构简单,操作方便,可靠性好,制动能量回收率高的优点。目前研制的纯电动车和混合动力汽车普遍采用这种方法来实现制动能量再生。 随着科技的进步,近年来出现了一种新的元器件——超级电容。这种新型的电子器件有着比蓄电池高10倍以上的功率密度和100倍以上的充放电速率。利用超级电容可以迅速地吸收和释放制动再生能量。 本文采用超级电容器作为储能装置,提出了一种新型的制动能量回收系统。文章首先分析研究了车辆制动能量回收中的一般性问题,并给出了电动汽车和地铁车辆制动时的动力学模型,应用Simulink仿真得出车辆在不同的制动初速度和末速度时可回收利用的能量,进而计算出超级电容基准容量。 在本文中我们以直流电机驱动系统的制动能量回收系统为研究对象,介绍了与之相关的DC/DC的变换规律、超级电容的特性、车辆制动特性以及直流电机发电特性等等,并根据这些规律推导出了DC/DC变换器的控制规律,以及制动能量回收系统的数学模型。最后利用Matlab中的Simulink和SimPowerSystems两个工具箱,分别给出了地铁车辆和电动汽车制动能量回收系统的仿真模型和仿真结果,并对仿真结果进行了详细地分析。