關于混合動力汽車再生制動技術的一些探討

精品文檔-下載后可編輯關于混合動力汽車再生制動技術的一些探討【摘要】采用先進的能量回收技術，應用現(xiàn)代車輛設計方法和手段，對汽車的制動能量回收進行深入研究具有十分重要的意義。再生制動技術針對原本廢棄的能量，將其回收再利用，使其獲得“新生”，實現(xiàn)節(jié)省燃料、降低排放、減小制動噪聲、改善車輛制動安全性等作用，為車輛的經(jīng)濟性和安全性提供了保障。

【關鍵詞】混合動力汽車；再生制動技術；安全性；經(jīng)濟性

普通的制動方法是把車的動能，以摩擦的形式直接轉化成熱能，而再生制動則是在制動時把車輛的動能轉化并儲存起來，而不是變成無用的熱。采用先進的能量回收技術，應用現(xiàn)代車輛設計方法和手段，對汽車的制動能量回收進行深入研究具有十分重要的意義。再生制動技術針對原本廢棄的能量，將其回收再利用，使其獲得“新生”，實現(xiàn)節(jié)省燃料、降低排放、減小制動噪聲、改善車輛制動安全性等作用，為車輛的經(jīng)濟性和安全性提供了保障。

一、再生制動原理

再生制動是指汽車在減速或制動時，通過與驅動輪（軸）相連的能量轉換裝置，把汽車的一部分動能轉化為其他形式的能量儲存起來，在減速或制動的同時達到回收制動能量的目的；然后在汽車起步或加速時釋放儲存的能量，以增加驅動輪（軸）上的驅動力或增加混合動力汽車的續(xù)駛里程。

理論上汽車制動能量回收的方法有空氣儲能、液壓儲能、飛輪儲能和電儲能。空氣儲能裝置結構龐大，密封性能要求很高，實用化困難；液壓儲能裝置能量密度低，但功率密度大，其零部件密封性能要求高，控制結構復雜和存在工作噪聲等；飛輪儲能裝置功率密度較大，其體積小質量輕，但要求高轉速和周圍空間真空，技術上實現(xiàn)較復雜，且只能短時間儲能；電儲能各方面性能均很好，且結構簡單，只是功率密度低，能量轉換環(huán)節(jié)多。隨著汽車驅動電機技術和儲能技術的進一步發(fā)展，采用電機來回收與利用制動能量越來越顯現(xiàn)出其優(yōu)勢.特別是在混合動力汽車中，主要采用電儲能的再生制動方式。

二、再生制動的研究現(xiàn)狀

1、能量轉換裝置

在電儲能再生制動中，能量轉換裝置的作用是進行制動和驅動轉矩的變換，把汽車慣性動能轉換成為電能，是一個發(fā)電過程。為了實現(xiàn)制動能量的回收和釋放，都還需要有合適的傳動裝置，目前普遍采用集成電機形式，用一個電機和一個行星齒輪機構組合，電機既擔當發(fā)電機（再生制動電機）又擔當電動機（驅動電機），并與兩個離合器聯(lián)用來滿足功能要求。用作汽車再生制動集成電機主要有直流電機、交流異步電機、無刷永磁電機和開關磁阻電機系統(tǒng)。

直流電機在單極性斬波器的調(diào)速系統(tǒng)中，在斬波調(diào)壓時能量不能回饋，制動時能量回收效率低。雙極性斬波器能夠保持電流有一定的連續(xù)性，可以使電機在四象限中運行，在斬波調(diào)壓時能量能夠回收，回收效率較高，調(diào)速范圍也更大一些，最高轉速可達4000―6000r/min，低速平穩(wěn)性好。但由于直流電機的換向器需保養(yǎng)，又不適合高速運轉，除小型車外，目前一般己不采用。

交流異步電機驅動時要采用寬調(diào)制型逆變器來構成變壓變頻（VVVF）的調(diào)速控制系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)最高轉速可以達到15000r/min，電機能夠實現(xiàn)四象限運行，制動時能量能夠回收，大大地擴大了交流電機的使用范圍，但矢量控制的調(diào)速系統(tǒng)控制技術難度較大，控制元件較多，控制回路復雜，控制器的外形尺寸也較大。

永磁無刷電機也是采用逆變器來控制調(diào)速，同時還要用轉子位置檢測器進行極性檢測，以及用電子開關換向，如果采用雙向導通開關進行換向，可以提高永磁無刷電機的轉矩特性，還可以控制永磁無刷電機實現(xiàn)四象限運行。永磁無刷電機最高轉速可達到10000r/min，并且體積小、質量輕、控制性能很好。但是，永磁電機如果在大的過載電流下，可能導致永磁材料的導磁性能下降，嚴重時會產(chǎn)生退磁而使電機損壞，所以，必須嚴格控制過載電流。永磁無刷電機的控制元件較多，控制回路復雜。

開關磁阻電機是一種新型電機。它的控制系統(tǒng)是由控制器、功率轉換器、位置檢測器和電流檢測器等部分電子元件組成。開關磁阻電機系統(tǒng)結構緊湊、牢固，適合于高速運行，并且驅動電路簡單、成本低、性能可靠，在寬廣的轉速范圍內(nèi)效率都比較高，而且可以方便地實現(xiàn)四象限控制，是汽車驅動及再生制動能量回收與利用集成電機的發(fā)展趨勢。

2、能量存儲裝置

電化學電池：電化學電池是汽車儲能的傳統(tǒng)選擇，主要包括鉛酸電池（Lead―acid）、鎳金屬電池（Cd―Ni和MH―Ni）、鋰電池（Li―ion和Li―polymer）等。鉛酸電池可靠性高、原料易得、成本低、適用溫度和電流范圍大，在汽車儲能中使用最廣泛。但鉛酸電池作為制動能量儲能系統(tǒng)，而存在的缺點主要是充電速度慢、循環(huán)使用壽命過低等。鎳金屬電池有Cd―Ni和MH―Ni電池，但由于鎘對環(huán)境有污染，很多國家限制發(fā)展和使用Cd―Ni電池。MH―Ni電池是一種綠色鎳金屬電池，具有很高的能量存儲能力；但它的單元電池額定電壓較低，僅為1.2V左右（鉛酸電池2V），這就導致構成相同額定電壓的鎳金屬電池單元數(shù)目比鉛酸電池要多2/3，增加了電池系統(tǒng)的復雜性，另外，鎳金屬電池還存在記憶效應和充電發(fā)熱等方面的問題。鋰電池是上世紀末發(fā)展起來的高容量可充電電池，能夠比MH―Ni電池存儲更多的能量：比能量大，循環(huán)壽命長，自放電率小，無記憶效應和無環(huán)境污染，是當今各國能量存儲技術研究的熱點。

超級電容：也稱雙層電容器，是最近幾年隨著新電極材料的出現(xiàn)而提出的能滿足汽車能量和功率實時變化要求的一種能量存儲裝置。超級電容容量是同等體積下的普通電容器容量的2000―6000倍，放電電流可達幾千安培，能量密度高于傳統(tǒng)電容器近百倍，瞬時放電功率比蓄電池高lO倍以上，充放電效率高，不需要維護和保養(yǎng)，壽命長達lO年以上，并且可以保護蓄電池，極有發(fā)展前途。

飛輪電池：為一種以動能方式存儲能量的機械電池。近年來由于高強度碳素纖維和玻璃纖維出現(xiàn)以及電磁懸浮、超導磁懸浮技術、真空技術的發(fā)展，使飛輪允許線速度可達500～1000m/s，單位質量的動能儲量大大增加，機械摩擦與風力損耗又極大地降低，從而飛輪儲能技術已成為汽車儲能的研究熱點之一。

復合儲能系統(tǒng)：由于單純一種儲能電池往往很難適應汽車