新能源汽車概論電動(dòng)汽車能力管理與回收系統(tǒng).doc

1、第 5 章 電動(dòng)汽車能力管理與回收系統(tǒng)課 題： 5.1 電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)教學(xué)目的：了解什么是電動(dòng)汽車能量管理控制系統(tǒng)，掌握電池管理系統(tǒng)的功能理解純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)的組成、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略好工作模式教學(xué)重點(diǎn)：電池管理系統(tǒng)的功能教學(xué)難點(diǎn)：電池管理系統(tǒng)的功能類型：新授課教學(xué)方法：講練結(jié)合課時(shí)：6引 入： 導(dǎo)入案例P177。 能量管理系統(tǒng)在電動(dòng)汽車中非常重要，它由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，如 P178圖5.2所示。能量管理系統(tǒng)具有從電動(dòng)汽車各子系統(tǒng)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，控制完成電池的充電、顯示蓄電池的荷電狀態(tài)（SOC）、 預(yù)測(cè)剩余行駛里程、監(jiān)控電池的狀態(tài)、調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度、調(diào)節(jié)車燈亮度以及回收

2、再生制動(dòng)能量為蓄電池充電等功能。能量管理系統(tǒng)中最主要的是電池管理系統(tǒng)。一、電池管理系統(tǒng)的功能21 .概述電池管理系統(tǒng)是集監(jiān)測(cè)、控制與管理為一體的復(fù)雜的電氣測(cè)控系統(tǒng)，也是電動(dòng)汽車商品化、實(shí)用化的關(guān)鍵。電池管理系統(tǒng)（bms）是能量管理系統(tǒng)的核心。（ 1）主要任務(wù)保證電池組工作在安全區(qū)間，提供車輛控制所需的必需信息，在出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)響應(yīng)處理，并根據(jù)環(huán)境溫度、電池狀態(tài)及車輛需求等決定電池的充放電功率等。（2）電池管理的核心問題就是SOC的預(yù)估問題電動(dòng)汽車電池操作窗 SOC的合理范圍是 3070%這對(duì)保證電池壽命和整體的能量效率 至關(guān)重要。（ 3）首要任務(wù)準(zhǔn)確和可靠的獲得電池soc 是電池管理系統(tǒng)中最基

3、本和最首要的任務(wù)。2 .功能典型的電池管理系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能：（ 1） 實(shí)時(shí)采集電池系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。實(shí)時(shí)采集電動(dòng)汽車蓄電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流以及電池組總電壓等。由于電池組中的每塊電池在使用中的性能和狀態(tài)不一致，因而對(duì)每塊電池的電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)都要進(jìn)行監(jiān)測(cè)。（2）確定電池的 SOCo準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力電池組的SOC從而隨時(shí)預(yù)報(bào)電動(dòng)汽車儲(chǔ)能電池還剩余多少能量或儲(chǔ)能電池的SOC使電池的SOC直控制在30%70%勺工作范圍。（ 3） 故障診斷與報(bào)警。當(dāng)蓄電池電量或能量過低需要充電時(shí)，及時(shí)報(bào)警，以防止電池過放電而損害電池的使用壽命；當(dāng)電池組的溫度過高，非正常工作時(shí)，及時(shí)報(bào)警，以保證

4、蓄電池正常工作。（ 4） 電池組的熱平衡管理。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是電池管理系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，其功能是通過風(fēng)扇等冷卻系統(tǒng)和熱電阻加熱裝置使電池溫度處于正常工作溫度范圍內(nèi)。（ 5） 一致性補(bǔ)償。 當(dāng)電池之間有差異時(shí)，有一定措施進(jìn)行補(bǔ)償，保證電池組表現(xiàn)能力更強(qiáng)， 并有一定的手段來(lái)顯示性能不良的電池位置，以便修理替換。一般采用充電補(bǔ)償功能。設(shè)計(jì)有旁路分流電路，以保證每個(gè)單體都可以充滿電，這樣可以減緩電池老化的進(jìn)度，延長(zhǎng)電池的使用壽命。（ 6） 通過總線實(shí)現(xiàn)各檢測(cè)模塊和中央處理單元的通訊。在電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)電池管理的難點(diǎn)和關(guān)鍵在于如何根據(jù)采集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數(shù)據(jù)，建立確定每塊電池剩余

5、能量的較精確的數(shù)學(xué)模型，即準(zhǔn)確估計(jì)電動(dòng)汽車蓄電池的SOC狀態(tài)。閱讀材料5-1 , P179,學(xué)生自主完成應(yīng)用案例5-1 特斯拉電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)（ 1）電荷平衡系統(tǒng)（ 2）電池溫度管理系統(tǒng)二、純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)31 .純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)的組成純電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)主要由電池輸入控制器、車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、車輛操縱狀態(tài)、能源管理系統(tǒng) ECU電池輸出控制器、電機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)控制等組成。2 .電池荷（充 ）電狀態(tài)指示器電池荷（充 ）電狀態(tài)指示器是能源管理系統(tǒng)的一個(gè)重要組成。電動(dòng)汽車蓄電池中儲(chǔ)存有多少電能，還能行駛多少里程，是電動(dòng)汽車行駛中必須知道的重要參數(shù)。與燃油汽車的油量表類似的儀表就是電池

6、荷（充 ）電狀態(tài)指示器，它是能源管理系統(tǒng)的一個(gè)重要裝置。因此，在電動(dòng)汽車中裝備滿足這一需求的儀表即電池荷（充 ）電狀態(tài)指示器。3 .電池管理系統(tǒng)(1)概述1)電池管理系統(tǒng)是能源管理系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。2)蓄電池管理系統(tǒng)主要任務(wù)是保持電動(dòng)汽車蓄電池性能良好，并優(yōu)化各蓄電池的電性 能和保存、顯示測(cè)試數(shù)據(jù)等。3)目前，主要是根據(jù)實(shí)際情況，確定具體純電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)的功能和形式。電池管理系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。硬件的設(shè)計(jì)取決于管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能。基本要實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池組的合理管理，即保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠穩(wěn)定的系統(tǒng)通信、抗干擾性。在具體實(shí)現(xiàn)過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定需要采集動(dòng)力電池

7、組的數(shù)據(jù)類型；根據(jù)采集量以及精度要求確定前向通道的設(shè)計(jì)；根據(jù)通信數(shù)據(jù)量以及整車的要求選用合理的總線。分析(主要部分加以講解，如P182圖5.5所示)A、電流轉(zhuǎn)換隔離放大單元日電池溫度傳感器(數(shù)字化)C電壓采樣D抗干擾案例分析：如 P184圖5.6、5.7、5.8所示本硬件系統(tǒng)是在基于 ATMEGA8單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。(1)電壓采樣的實(shí)現(xiàn)。 電壓采樣是對(duì)電動(dòng)汽車電池組的電壓進(jìn)行采樣，每個(gè)電池組由10個(gè)單體電池構(gòu)成。本系統(tǒng)中一共有14個(gè)電池組組成電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池。原理如圖所示，每個(gè)電池為一個(gè)電池組。(2)電流采樣的實(shí)現(xiàn)。電流的采樣是估計(jì)電池SOCW主要依據(jù)。這里采用電流傳感器LT308(LEM)

8、的測(cè)量電路(3)溫度采樣的實(shí)現(xiàn)。溫度傳感器采用美國(guó)DALLA然司繼DS1820之后推出的增強(qiáng)型單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B2Q溫度采集電路。( 4)抗干擾措施的設(shè)計(jì)。由于電池管理系統(tǒng)用在情況比較復(fù)雜的電動(dòng)汽車上，所以干擾可以沿各種線路侵入單片機(jī)系統(tǒng)。其主要的渠道有三條：即空間干擾、供電系統(tǒng)干擾、過程通道干擾。干擾對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的作用可以分為三個(gè)部位：第一個(gè)部位是輸入系統(tǒng)，干擾疊加在信號(hào)上，使數(shù)據(jù)采集誤差增大，特別在前向通道的傳感器接口是小電壓信號(hào)輸入時(shí)，此現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重；第二個(gè)部位是輸出系統(tǒng)，使各輸出信號(hào)混亂，不能正常反映單片機(jī)系統(tǒng)的真實(shí)輸出量，導(dǎo)致一系列嚴(yán)重后果；第三個(gè)部位是單片機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)

9、核，使總線上的數(shù)字信號(hào)錯(cuò)亂，程序運(yùn)行失常，內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂，控制狀態(tài)失靈，單片機(jī)中數(shù)據(jù)被修改，更嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致死機(jī)，使系統(tǒng)完全崩潰。(5)車載CAN通訊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。在電池管理系統(tǒng)中，CAN通訊的實(shí)現(xiàn)是由外圍設(shè)置 CAN的控制器和接收器組成的通訊模塊，它的設(shè)計(jì)如P185圖5.9所示。電池管理系統(tǒng)的軟件部分主要包括3部分，中央處理單元的管理、各個(gè)ECU的測(cè)量與控制部分、整個(gè)系統(tǒng)的控制部分。A. 系統(tǒng)內(nèi)存配置B. 參數(shù)檢測(cè)及濾波C. 剩余容量估計(jì)D.CAN通信E數(shù)據(jù)診斷報(bào)警三、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)0.51.能量管理策略( 1)串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的由于串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車行駛工

10、況沒有直接聯(lián)系，因此能量管理策略的主要目標(biāo)是使發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳效率區(qū)和排放區(qū)工作。為了優(yōu)化能量分配整體效率，還應(yīng)考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力電池、發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)等部件。串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車有3種基本的能量管理策略。恒溫器策略。當(dāng)動(dòng)力電池SOC低于設(shè)定的低門限值時(shí)，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在最低油耗或排放點(diǎn)按恒功率模式輸出，一部分功率用于滿足車輪驅(qū)動(dòng)功率要求，另一部分功率給動(dòng)力電池充電。而當(dāng)動(dòng)力電池組SOC 上升到所設(shè)定的高門限值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車 輛。其優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)效率高、排放低，缺點(diǎn)是動(dòng)力電池充放電頻繁，加上發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)時(shí)的動(dòng) 態(tài)損耗，使得系統(tǒng)總體的損失功率變大，能量轉(zhuǎn)換效率較低。功率跟蹤式策略。

11、由發(fā)動(dòng)機(jī)全程跟蹤車輛功率需求，只有在動(dòng)力電池的 SOC大于SOC設(shè)定上限時(shí)，且僅由動(dòng)力電池提供的功率能滿足車輛需求時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)才停機(jī)或怠速運(yùn)行。由于動(dòng)力電池容量小，動(dòng)力電池充放電次數(shù)減少而使得系統(tǒng)內(nèi)部損失減少。但是發(fā)動(dòng)機(jī)必須在從低到高的較大負(fù)荷區(qū)內(nèi)運(yùn)行，使得發(fā)動(dòng)機(jī)效率和排放不如恒溫器策略。 基本規(guī)則型策略。該策略綜合了恒溫器策略與功率跟蹤式策略兩者的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性圖設(shè)定了高效率工作區(qū)，根據(jù)動(dòng)力電池的充放電特性設(shè)定了動(dòng)力電池高效率的荷電狀態(tài)范圍。并設(shè)定一組控制規(guī)則，根據(jù)需求功率和SOC 進(jìn)行控制，以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池的高效率區(qū)，使其達(dá)到整體效率最高。（ 2）并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的

12、能量管理策略并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略基本屬于基于轉(zhuǎn)矩的控制。目前主要有以下4 類：靜態(tài)邏輯門限策略。該策略通過設(shè)置車速、動(dòng)力電池SOC上下限、發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)矩等一組門限參數(shù)，限定動(dòng)力系統(tǒng)各部件的工作區(qū)域，并根據(jù)車輛實(shí)時(shí)參數(shù)及預(yù)先設(shè)定的規(guī)則調(diào)整動(dòng)力系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)，以提高車輛整體性能。 瞬時(shí)優(yōu)化能量管理策略。瞬時(shí)優(yōu)化策略一般是采用“等效燃油消耗最少”法或“功率損失最小”法，二者原理類似。其中“等效燃油消耗最少”法將電機(jī)的等效油耗與發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際油耗之和定義為名義油耗，將電機(jī)的能量消耗轉(zhuǎn)換為等效的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，得到一張類似于發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖的電機(jī)等效油耗圖。 全局最優(yōu)能量管理策略。全局最

13、優(yōu)能量管理策略是應(yīng)用最優(yōu)化方法和最優(yōu)控制理論開發(fā)出來(lái)的混合動(dòng)力系統(tǒng)能量分配策略，目前主要有基于多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的能量管理策略、基于古典變分法的能量管理策略和基于Bellman 動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略三種。 模糊能量管理策略。該策略基于模糊控制方法來(lái)決策混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式和功率分配， 將 “專家” 的知識(shí)以規(guī)則的形式輸入模糊控制器中，模糊控制器將車速、電池SOC、需求功率/轉(zhuǎn)矩等輸入量模糊化，基于設(shè)定的控制規(guī)則來(lái)完成決策，以實(shí)現(xiàn)對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的合理控制，從而提高車輛整體性能。基于模糊邏輯策略可以表達(dá)難以精確定量表達(dá)的規(guī)則；可以方便地實(shí)現(xiàn)不同影響因素（功率需求、SOC等）的折中；魯棒性好

14、。但是模糊控制器的建立主要依靠經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法獲得全局最優(yōu)。（ 3）混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略如采用行星齒輪傳動(dòng)，除了采用混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車由于其特有的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，瞬時(shí)優(yōu)化能量管理策略、全局優(yōu)化能量管理策略和模糊能量管理策略（與并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理策略原理類似）以外，還有一些特有的能量管理策略： 發(fā)動(dòng)機(jī)恒定工作點(diǎn)策略。由于采用了行星齒輪機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以獨(dú)立于車速變化， 這樣使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最優(yōu)工作點(diǎn)，提供恒定的轉(zhuǎn)矩輸出，而剩余的轉(zhuǎn)矩則由電動(dòng)機(jī)提供。這樣電動(dòng)機(jī)來(lái)負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)部分，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)帶來(lái)的損失，而且與發(fā)動(dòng)機(jī)相比，電動(dòng)機(jī)的控制也更為靈敏，易于實(shí)現(xiàn)。 發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線

15、策略。發(fā)動(dòng)機(jī)工作在萬(wàn)有特性圖中最佳油耗線上，只有當(dāng)發(fā)電機(jī)電流需求超出電池的接受能力或者當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流需求超出電動(dòng)機(jī)或電池的允許限制時(shí)，才調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)。2.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式（ 1）串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式 純電動(dòng)模式。發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，車輛僅由蓄電池組供電、驅(qū)動(dòng)。 純發(fā)動(dòng)機(jī)模式。車輛牽引功率僅來(lái)源發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組，而蓄電池組既不供電也不從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中吸收任何功率，電設(shè)備組用作從發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪的電傳動(dòng)系。 混合模式。牽引功率由發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組和蓄電池組共同提供。 發(fā)動(dòng)機(jī)牽引和蓄電池充電模式。 發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組供給向蓄電池組充電和驅(qū)動(dòng)車輛所需的功率。 再生制動(dòng)模式。發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組

16、關(guān)閉，牽引電機(jī)產(chǎn)生的電功率用于向蓄電池組充電。 蓄電池組充電模式。牽引電動(dòng)機(jī)不接受功率，發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組向蓄電池組充電。 混合式蓄電池充電模式。發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組和運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)下的牽引電動(dòng)機(jī)共同向蓄電池組充電。 2）并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車主要蘊(yùn)含以下工作模式： 純電動(dòng)模式。當(dāng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車處于起步、低速等輕載工況且動(dòng)力電池的電量充足時(shí)，若以發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，則發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率較低，并且排放性能很差。因此，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，由動(dòng)力電池提供能量并以電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。但當(dāng)動(dòng)力電池的電量較低時(shí)，為保護(hù)電池，應(yīng)當(dāng)切換到行車充電模式。 純發(fā)動(dòng)機(jī)模式。在車輛高速行駛等中等負(fù)荷時(shí)，車輛

17、克服路面阻力運(yùn)行所需的動(dòng)力較小， 一般情況下主要由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。此時(shí)， 發(fā)動(dòng)機(jī)可工作于高效區(qū)域，燃油效率較高。 混合驅(qū)動(dòng)模式。在加速或爬坡等大負(fù)荷情況下，當(dāng)車輛行駛所需的動(dòng)力超過發(fā)動(dòng)機(jī)工作范圍或高效區(qū)時(shí)，由電機(jī)提供輔助動(dòng)力同發(fā)動(dòng)機(jī)一同驅(qū)動(dòng)車輛。若此時(shí)動(dòng)力電池的剩余電量較低，則轉(zhuǎn)換到純發(fā)動(dòng)機(jī)模式。 行車充電模式。在車輛正常行駛等中低負(fù)荷時(shí)，若動(dòng)力電池的剩余電量較低，發(fā)動(dòng)機(jī)除了要提供驅(qū)動(dòng)車輛所需的動(dòng)力外，還要提供額外的功率通過電機(jī)發(fā)電以轉(zhuǎn)換成電能給動(dòng)力電池充電。 再生制動(dòng)模式。當(dāng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車減速/制動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，電機(jī)盡可能多地回收再生制動(dòng)能量，剩余部分由機(jī)械制動(dòng)器消耗。 怠速 / 停車

18、模式。在怠速 / 停車模式中，通常關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)，但當(dāng)動(dòng)力電池剩余電量較低時(shí)，需要開啟發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作于高效區(qū)并拖動(dòng)電機(jī)為動(dòng)力電池充電。四、能量管理系統(tǒng)的發(fā)展方向0.5（1）如何降低成本并能準(zhǔn)確估測(cè)電動(dòng)汽車電池模塊的SOC狀態(tài)仍將是后期研究的重點(diǎn)（ 2）電池模塊的安全預(yù)警技術(shù)是能量管理系統(tǒng)的重要研究方向（ 3）發(fā)展更高級(jí)的配套跟蹤系統(tǒng)已經(jīng)成為目前的研究重點(diǎn)（ 4）研究新的動(dòng)力傳動(dòng)配置和控制器及更具有通用性的能量管理系統(tǒng)已經(jīng)成為目前的發(fā)展方向。小結(jié)：概述本節(jié)作業(yè)：課后習(xí)題課 題： 5.2 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)教學(xué)目的：理解什么是電動(dòng)汽車再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)掌握再生制動(dòng)能量

19、回收的方法和類型理解電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的組成和作用等教學(xué)重點(diǎn)：再生制動(dòng)能量回收的方法和類型教學(xué)難點(diǎn)：再生制動(dòng)能量回收的方法和類型類型：新授課教學(xué)方法：講練結(jié)合課時(shí)：4引入：再生制動(dòng)是指電動(dòng)汽車在減速制動(dòng) （ 剎車或者下坡 ） 時(shí)將汽車的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化的電能儲(chǔ)存在儲(chǔ)存裝置中，如各種蓄電池、超級(jí)電容和超高速飛輪，最終增加電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。如果儲(chǔ)能器已經(jīng)被完全充滿，再生制動(dòng)就不能實(shí)現(xiàn)，所需的制動(dòng)力就只能由常規(guī)的制動(dòng)系統(tǒng)提供。P192圖5.10為電動(dòng)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一、制動(dòng)能量回收方法1制動(dòng)能量回收的基本原理是先將汽車制動(dòng)或減速時(shí)的一部分機(jī)械能（動(dòng)能） 經(jīng)再生系統(tǒng)轉(zhuǎn)換（或轉(zhuǎn)

20、移）為其它形式的能量（旋轉(zhuǎn)動(dòng)能、液壓能、化學(xué)能等），并儲(chǔ)存在儲(chǔ)能器中，同時(shí)產(chǎn)生一定的負(fù)荷阻力使汽車減速制動(dòng)；當(dāng)汽車再次啟動(dòng)或加速時(shí)，再生系統(tǒng)又將儲(chǔ)存在儲(chǔ)能器中的能量再轉(zhuǎn)換為汽車行駛所需要的動(dòng)能（驅(qū)動(dòng)力）。根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理不同，電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收的方法也不同，主要有3 種，即飛輪儲(chǔ)能、液壓儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能。1 .飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量，能量轉(zhuǎn)換過程如P192圖5.11所示。當(dāng)汽車制動(dòng)或減速時(shí)，先將汽車在制動(dòng)或減速過程中的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成飛輪高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能；當(dāng)汽車再次啟動(dòng)或加速時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪又將存儲(chǔ)的動(dòng)能通過傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)化為汽車行駛的驅(qū)動(dòng)力。圖 5.12 是一種飛輪儲(chǔ)能式制

21、動(dòng)能量回收系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、高速儲(chǔ)能飛輪、增速齒輪、離合器和驅(qū)動(dòng)橋組成。發(fā)動(dòng)機(jī)用來(lái)提供驅(qū)動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿Γ咚賰?chǔ)能飛輪用來(lái)回收制動(dòng)能量以及作為負(fù)荷平衡裝置，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供輔助的功率以滿足峰值功率的要求。2 .液壓儲(chǔ)能液壓儲(chǔ)能工作過程如P193圖5.13所示。它是先將汽車在制動(dòng)或減速過程中的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成液壓能，并將液壓能儲(chǔ)存在液壓蓄能器中；當(dāng)汽車再次啟動(dòng)或加速時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)又將蓄能器中的液壓能以機(jī)械能的形式反作用于汽車，以增加汽車的驅(qū)動(dòng)力。圖 5.14 是液壓儲(chǔ)能式制動(dòng)能量回收系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵/馬達(dá)、液壓蓄能器、變速器、驅(qū)動(dòng)橋、離合器和液壓控制系統(tǒng)組成。3 .電化學(xué)儲(chǔ)能電化

22、學(xué)儲(chǔ)能工作原理如P194 圖 5.15 所示。 它是先將汽車在制動(dòng)或減速過程中的動(dòng)能，通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能并以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)能器中；當(dāng)汽車再次啟動(dòng)或加速時(shí)，再將儲(chǔ)能器中的化學(xué)能通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為汽車行駛的動(dòng)能。儲(chǔ)能器可采用蓄電池或超級(jí)電容，由發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)還包括一個(gè)控制單元，用來(lái)控制蓄電池或超級(jí)電容的充放電狀態(tài)，并保證蓄電池的剩余電量在規(guī)定的范圍內(nèi)。圖 5.16 是一種用于前輪驅(qū)動(dòng)汽車的電化學(xué)儲(chǔ)能式制動(dòng)能量回收示意圖。當(dāng)汽車以恒定速度或加速度行駛時(shí)，電磁離合器脫開。當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，行車制動(dòng)系統(tǒng)開始工作，汽車減速制動(dòng)，電磁離合器接合，從而接通驅(qū)動(dòng)軸和變速器的輸出

23、軸。這樣，汽車的動(dòng)能由輸出軸、離合器、驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪傳到發(fā)動(dòng)機(jī)和飛輪上。制動(dòng)時(shí)的機(jī)械能由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為電能，存入蓄電池。二、制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的類型0.51 .制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的類型因儲(chǔ)能方法不同而不同，主要有電能式、動(dòng)能式和液壓式。（ 1） 電能式主要由發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和蓄電池或超級(jí)電容組成，一般在電動(dòng)汽車上使用；（ 2）動(dòng)能式主要由飛輪、無(wú)級(jí)變速器構(gòu)成，一般在公交汽車上使用；（ 3） 液壓式主要由液壓泵/液壓馬達(dá)、蓄能器組成，一般在工程機(jī)械或大型車輛上使用。2 .在電動(dòng)汽車上采取制動(dòng)能量回收方法，有如下作用：（1）在目前電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能元件沒有大的突破與發(fā)展的實(shí)際情況下，制動(dòng)能量回收裝置可

24、以提高電動(dòng)汽車的能量利用率，延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的行駛里程；（2）電制動(dòng)與傳統(tǒng)主動(dòng)相結(jié)合，可以減輕傳統(tǒng)制動(dòng)器的磨損，增長(zhǎng)其使用周期，達(dá)到降低成本的目的；（3）可以減少汽車制動(dòng)器在制動(dòng)，尤其是緩速下長(zhǎng)坡以及滑行過程中產(chǎn)生的熱量，降低汽車制動(dòng)器的熱衰退，提高汽車的安全性和可靠性。3 .再生制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理（如P195圖5.17所示），由驅(qū)動(dòng)輪、主減速器、變速器、電動(dòng)機(jī)、AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)以及控制器組成。三、實(shí)例11 .Eco-Vehicle 制動(dòng)控制系統(tǒng)Eco-Vehicle 是日本開發(fā)的一款電動(dòng)車，該車制動(dòng)系統(tǒng)使用了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)不具有的制動(dòng)壓力控制閥單元，控制單元安裝在主缸和前后制動(dòng)器之間的液壓回路中，同時(shí)壓力控制閥還包括主缸壓力傳感器和兩個(gè)由制動(dòng)控制器控制的電磁調(diào)節(jié)器，如P196圖5.18所示。2 .本田EV Plus制動(dòng)控制系統(tǒng)本田EV Plus的制動(dòng)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的液壓（氣壓）制動(dòng)系統(tǒng)有所區(qū)別，它使用電動(dòng)真 空泵給制動(dòng)助力器提供動(dòng)力源；制動(dòng)過程中將回收能量傳遞到動(dòng)力電池中。本田EV Plus的制動(dòng)控制系統(tǒng) 如P197圖5.19所示。3 .豐田Prius 制動(dòng)控制系統(tǒng)豐田 Prius 是豐田汽車公司研制的一款混合動(dòng)力轎車，它