制動能量回收系統(tǒng).pdf

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1、制動能量回收系統(tǒng)目錄概述制動能量回收系統(tǒng)又名BrakingEnergyRecoverySystem:是指一種應(yīng)用在汽車或者軌道交通上的系統(tǒng)，能夠?qū)⒅苿訒r產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)器能、并將其存儲在電容器內(nèi)，在使用時可迅速將能量釋放，制動能量回收原理制動能量回收是現(xiàn)代電動汽車與混合動力車重要技術(shù)之一，也是它們的重要特點(diǎn)。在一般內(nèi)燃機(jī)汽車上，當(dāng)車輛減速、制動時，車輛的運(yùn)動能量通過制動系統(tǒng)而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并向大氣中釋放。而在電動汽車與混合動力車上，這種被浪費(fèi)掉的運(yùn)動能量已可通過制動能量回收技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿Υ嬗谛铍姵刂校⑦M(jìn)一步轉(zhuǎn)化為驅(qū)動能量。例如，當(dāng)車輛起步或加速時，需要增大驅(qū)動力時，電機(jī)驅(qū)

2、動力成為發(fā)動機(jī)的輔助動力，使電能獲得有效應(yīng)用。一般認(rèn)為，在車輛非緊急制動的普通制動場合，約1/5的能量可以通過制動回收。制動能量回收按照混合動力的工作方式不同而有所不同。比如在豐田普銳斯混合動力車上，車輛運(yùn)動能量能夠通過液壓制動和能量回收制動的協(xié)調(diào)控制回收。但在本田Insight混合動力車上，由于發(fā)動機(jī)與驅(qū)動電機(jī)連接，所以不能夠消除發(fā)動機(jī)制動。因此，在制動時發(fā)動機(jī)全部氣門關(guān)閉，以消除泵氣損失，而只存在發(fā)動機(jī)本身的純粹的機(jī)械摩擦損失。在發(fā)動機(jī)氣門不停止工作場合，減速時能夠回收的能量約是車輛運(yùn)動能量的1/3。通過智能氣門正時與升程控制系統(tǒng)使氣門停止工作，發(fā)動機(jī)本身的機(jī)械摩擦(含泵氣

3、損失)能夠減少約70%?；厥漳芰吭黾拥杰囕v運(yùn)動能量的2/3。制動能量回收液壓制動協(xié)調(diào)控制的概況制動能量回收問題解決方案可以通過在發(fā)動機(jī)與電機(jī)之間設(shè)置離合器，在車輛減速時，使發(fā)動機(jī)停止輸出功率而得以解決。但制動能量回收還涉及到混合動力車的液壓制動與制動能量回收的復(fù)雜平衡或條件優(yōu)化的協(xié)調(diào)控制。那么，為什么可以通過驅(qū)動電機(jī)能夠回收車輛的運(yùn)動能量呢？概要地說，其原因就是電機(jī)工作的逆過程就是發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)。一般電學(xué)基礎(chǔ)理論早已闡明，表示電機(jī)驅(qū)動的工作原理是Fleming的左手定則，而表示發(fā)電原理的則是Fleming右手定則。由于電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，線圈在阻礙磁通變化的方向上發(fā)生電動勢。該方向與使電

4、機(jī)旋轉(zhuǎn)而流動的電流方向相反。于是人們稱為逆電動勢。逆電動勢隨著轉(zhuǎn)速的增加而上升。由于轉(zhuǎn)速增加，原來使電機(jī)旋轉(zhuǎn)而流動的電流，其流動阻力加大，最后達(dá)到某一轉(zhuǎn)速，就不能再向上超出。所以，制動時通過電機(jī)的電流被切斷，代之而發(fā)生逆電動勢。這就是使電機(jī)起到發(fā)電機(jī)作用的制動能量回收的原理。上述這種電機(jī)稱為“電動機(jī)發(fā)電機(jī)。然而，當(dāng)制動能量回收制動實(shí)施時，如何處理腳制動。腳制動時，制動踏板行程(或強(qiáng)度)如何與制動能量回收系統(tǒng)保持協(xié)調(diào)關(guān)系。這是因?yàn)槠鸬街苿幽芰炕厥兆饔玫闹苿硬糠?，會引起減少腳制動的制動力。因?yàn)閷τ谀_制動來說，從制動能量回收中所起作用考慮，必須在減少腳制動的制動力方面做出相應(yīng)措施。在

5、制動力減少的同時，制動踏板的踏板力要求與踏板行程相對應(yīng)。重要的是，不論發(fā)生或不發(fā)生制動能量回收，與通常車輛一樣，制動踏板的作用依然存在，為此，開發(fā)了一種稱為行程模擬器(StrokeSimulator)的裝置。豐田混合動力車的制動能量回收與液壓制動的協(xié)調(diào)控制圖二車輛制動能量協(xié)調(diào)控制豐田混合動力車制動能量回收系統(tǒng)是由原發(fā)動機(jī)車型的液壓制動器(包括液壓傳感器、液壓閥)與電機(jī)(減速、制動時起發(fā)電機(jī)作用，即轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰炕厥瞻l(fā)電工況)、逆變器、電控單元(包括動力蓄電池電控單元、電機(jī)電控單元和能量回收電控單元)組成。豐田的能量回收制動系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用制動能量回收與液壓制動的協(xié)調(diào)控制，其協(xié)調(diào)制動

6、的原理是在不同路況和工況條件下首先確保車輛制動穩(wěn)定性和安全性，同時考慮到動力蓄電池的再生制動的能力(由動力蓄電池電控單元控制)使車輪制動扭矩與電機(jī)能量回收制動扭矩之間達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)的協(xié)調(diào)控制，并由整車電控單元實(shí)施集中控制。當(dāng)駕駛員踩制動踏板，則按照制動踏板力大小，通過行程模擬器(StrokeSimulator)等部分，液壓制動器(液壓伺服制動系統(tǒng))實(shí)時進(jìn)入相應(yīng)工作，緊接著制動能量回收系統(tǒng)也將進(jìn)入工作狀態(tài)。亦即如果動力蓄電池的電控單元判斷動力蓄電池有相應(yīng)的荷電量(SOC)回收能力，制動能量回收制動力占整個制動力的相應(yīng)部分。當(dāng)車輛接近停止時，制動能量回收系統(tǒng)制動力變?yōu)榱恪＿@兩種制動力

7、的能量變換比例與圖1中所示相應(yīng)面積的比例相當(dāng)。當(dāng)液壓制動的面積小，制動能量回收制動的面積大時，表示制動能量回收量增加。增加制動能量回收的面積直接與降低燃油耗相關(guān)。但是在液壓制動保持不變的狀態(tài)下，只考慮制動能量回收率上升而增加制動力，導(dǎo)致駕駛員對制動路感變差不舒適。為解決這一問題開發(fā)了電子線控制動(BrakebyWire)的電子控制制動器(ECB:ElectronicControlBrake)。如圖2所示，在電子控制制動器中，制動踏板與車輪制動分泵不是通過液壓管路直接連接，而是通過電控單元(E