汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的研究

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1、1緒論1.1研究背景進(jìn)入21世紀(jì)以來,能源和環(huán)境對(duì)人類生活、社會(huì)發(fā)展的影響越來越大。其中,交通工具在給人類帶來方便的同時(shí),也給環(huán)境造成極大負(fù)擔(dān)。我國大城市的污染已經(jīng)不能忽視，燃油汽車排放是主要的污染源之一，我國已有16個(gè)城市被列入全球大氣污染最嚴(yán)重的20個(gè)城市之中，我國的汽車擁有量是每1000人平均10輛汽車，但石油資源不足，每年已經(jīng)進(jìn)口幾萬噸的石油，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。假如中國汽車持有量達(dá)到現(xiàn)在全球水平—每1000人有110輛汽車，我國汽車持有量成10倍地增加，石油進(jìn)口就成為大問題，因此我過研究發(fā)展電動(dòng)汽車不是一個(gè)臨時(shí)的短期措施，而是意義重大的、長遠(yuǎn)的

2、戰(zhàn)略考慮。在社會(huì)、環(huán)境和政治的多方壓力下,世界各國制定了一系列嚴(yán)格的法律法規(guī)限制尾氣排放。為此,交通運(yùn)輸工具的節(jié)能減排技術(shù)日益突出,車輛的能量回收技術(shù)受到充分重視,再生制動(dòng)技術(shù)就是其中一種。在環(huán)保方面，人們正在研究使用天然氣、電力(包括蓄電池)、核能等汽車，但由于天然氣在不同地區(qū)的分布不一樣及蓄量的限制，電力汽車的電網(wǎng)及道路條件的限制，高能蓄電池的研究還未獲得實(shí)質(zhì)性的突破，燃料電池汽車的價(jià)格居高不下，氫能及核能汽車的研究及技術(shù)還不成熟，使得汽車在這方面的應(yīng)用受到一定的限制。當(dāng)今地球資源(包括石油和森林資源)日趨枯竭并受到破壞，據(jù)美國《國家地理》雜志報(bào)

3、道，全世界現(xiàn)在每天消耗石油8000萬桶(每7桶合一噸)。目前全世界已經(jīng)探明的石油儲(chǔ)量約為1．15萬億桶。雖然這比前兩年的估計(jì)數(shù)字增長了10％，但以目前的開采速度計(jì)算，地球上的石油儲(chǔ)量只夠滿足全世界石油消費(fèi)40~50年【1】。汽車工業(yè)廠商大量使用以下技術(shù)來節(jié)省能源和有效利用現(xiàn)有地球資源：采用輕型鋁合金材料、減輕汽車的重量、降低汽車行駛阻力、降低燃油消耗、采用電子噴射和電子控制系統(tǒng)，從而提高了能源的利用率和汽車的經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能。從節(jié)約資源、資源再生以及環(huán)境保護(hù)與改善出發(fā)，能源的有效利用有很重要的意義，本課題從一個(gè)全新的角度來考慮能源的有效利用。1.2

4、研究的內(nèi)容及意義1.2.1研究基礎(chǔ)再生制動(dòng)(Regenerativebraking)亦稱反饋制動(dòng)，是一種使用在汽車或鐵路列車上的制動(dòng)技術(shù)。普通的制動(dòng)方法是把車的動(dòng)能，以摩擦的形式直接轉(zhuǎn)化成熱能，而再生制動(dòng)則是在制動(dòng)時(shí)把車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存起來，而不是變成無用的熱。再生制動(dòng)是指汽車在減速或制動(dòng)時(shí)，通過與驅(qū)動(dòng)輪(軸)相連的能量轉(zhuǎn)換裝置，把汽車的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量儲(chǔ)存起來，在減速或制動(dòng)的同時(shí)達(dá)到回收制動(dòng)能量的目的；然后在汽車起步或加速時(shí)又釋放儲(chǔ)存的能量(如圖1所示)，以增加驅(qū)動(dòng)輪(軸)上的驅(qū)動(dòng)力或增加混合動(dòng)力汽車及電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。目前，制動(dòng)

5、能量還不能被充分的回收利用，只能任由大量的制動(dòng)動(dòng)能通過摩擦轉(zhuǎn)變成熱能耗散掉，還造成車輛制動(dòng)系統(tǒng)過早磨損。因此，采用先進(jìn)的能量回收技術(shù)，應(yīng)用現(xiàn)代車輛設(shè)計(jì)方法和手段，對(duì)汽車的制動(dòng)能量回收進(jìn)行深入研究具有十分重要的意義。再生制動(dòng)技術(shù)針對(duì)原本廢棄的能量，將其回收再利用，使其獲得“新生”，實(shí)現(xiàn)節(jié)省燃料、降低排放、減小制動(dòng)噪聲、改善車輛制動(dòng)安全性等作用，為車輛的經(jīng)濟(jì)性和安全性提供保障。圖1再生制動(dòng)原理示意圖理論上汽車制動(dòng)能量回收的方法有氣壓儲(chǔ)能、液壓儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能和電儲(chǔ)能?？諝鈨?chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)龐大，密封性能要求很高，實(shí)用化困難；液壓儲(chǔ)能裝置能量密度低，但功率密度大，

6、其零部件密封性能要求高，控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜和存在工作噪聲等；飛輪儲(chǔ)能裝置功率密度較大，其體積小質(zhì)量輕，但要求高轉(zhuǎn)速和周圍空間真空，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，且只能短時(shí)間儲(chǔ)能；電儲(chǔ)能各方面性能均很好，且結(jié)構(gòu)簡單，只是功率密度低，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多。1.2.2汽車的發(fā)展趨勢(shì)電動(dòng)汽車本身不排放污染大氣的有害氣體，廢棄排放出比燃油汽車減少92%~98%。即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫酸和微顆粒，其外的污染物也顯著減少。由于電廠大多建在遠(yuǎn)離人口密集的城市，對(duì)人類傷害比較少，而且電廠是固定不動(dòng)的，集中排放，清楚各種有害物比較容易。也已經(jīng)有了相關(guān)的處理技術(shù)。電力可以從多一次

7、能源獲得，如煤炭、核能、水力等，可以緩解人類對(duì)石油資源的依賴以及對(duì)其日益枯竭的擔(dān)心。電動(dòng)汽車還可以充分利用晚間用電低谷時(shí)富余的電力發(fā)電，使發(fā)電設(shè)備日夜都能充分利用，大大提高其經(jīng)濟(jì)效益。有研究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，運(yùn)至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動(dòng)汽車，其能量利用率比經(jīng)過精煉變成汽油，再經(jīng)汽油驅(qū)動(dòng)汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量。正是這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，使電動(dòng)汽車的研究和應(yīng)用成為現(xiàn)代汽車工業(yè)的一個(gè)“熱點(diǎn)”。因此，我國研究發(fā)展電動(dòng)汽車不是一個(gè)臨時(shí)的短期措施，而是意義重大的、長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略考慮。從技術(shù)發(fā)展成熟程度和中國國情來看，純電動(dòng)汽車應(yīng)是今后大

8、力推廣的發(fā)展方向，而混合動(dòng)力只能作為大面積充電網(wǎng)絡(luò)還沒建立起來之前的過渡技術(shù)?；旌蟿?dòng)力車動(dòng)力系統(tǒng)復(fù)雜，成本昂