新能源汽车概论

第第5章章 电动汽车的能量管理与回收系统电动汽车的能量管理与回收系统5.1 电动汽车能量管理系统电动汽车能量管理系统5.1.1 电池管理系统的功能电池管理系统的功能5.1.2 纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统混合动力电动汽车能量管理系统5.2 电动汽车再生制动能量回收系统电动汽车再生制动能量回收系统5.2.1制动能量回收的方法和类型制动能量回收的方法和类型5.2.2电动汽车的制动能量回收系统电动汽车的制动能量回收系统 第 1 页5.1 电动汽车能量管理系统电动汽车能量管理系统能能量量管管理理系系统统在在电电动动汽汽车车中中非非常常重重要要，它它由由硬硬件件系系统统和和软软件件系系统统组组成成，如如图图所所示示。能能量量管管理理系系统统具具有有从从电电动动汽汽车车各各子子系系统统采采集集运运行行数数据据，控控制制完完成成电电池池的的充充电电、显显示示蓄蓄电电池池的的荷荷电电状状态态(SOC)、预预测测剩剩余余行行驶驶里里程程、监监控控电电池池的的状状态态、调调节节车车内内温温度度、调调节节车车灯灯亮亮度度以以及及回回收收再再生生制制动动能能量量为为蓄蓄电电池充电等功能。能量管理系统中最主要的是电池管理系统。池充电等功能。能量管理系统中最主要的是电池管理系统。第 2 页5.1.1 电池管理系统的功能电池管理系统的功能电池管理系统是集监测、控制与管理为一体的复杂的电气测控系统，也电池管理系统是集监测、控制与管理为一体的复杂的电气测控系统，也是电动汽车商品化、实用化的关键。电池管理的核心问题就是是电动汽车商品化、实用化的关键。电池管理的核心问题就是SOC的预估的预估问题，电动汽车电池操作窗问题，电动汽车电池操作窗SOC的合理范围是的合理范围是3070%，这对保证电池寿，这对保证电池寿命和整体的能量效率至关重要。命和整体的能量效率至关重要。典型的电池管理系统应具备如下功能：典型的电池管理系统应具备如下功能：（1）实时采集电池系统运行状态参数。实时采集电动汽车蓄电池组中的）实时采集电池系统运行状态参数。实时采集电动汽车蓄电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流以及电池组总电压等。由于电池组每块电池的端电压和温度、充放电电流以及电池组总电压等。由于电池组中的每块电池在使用中的性能和状态不一致，因而对每块电池的电压、电中的每块电池在使用中的性能和状态不一致，因而对每块电池的电压、电流和温度数据都要进行监测。流和温度数据都要进行监测。（2）确定电池的）确定电池的SOC。准确估测动力电池组的。准确估测动力电池组的SOC，从而随时预报电，从而随时预报电动汽车储能电池还剩余多少能量或储能电池的动汽车储能电池还剩余多少能量或储能电池的SOC，使电池的，使电池的SOC值控制值控制在在30%70%的工作范围。的工作范围。第 3 页5.1.1 电池管理系统的功能电池管理系统的功能（3）故障诊断与报警。当蓄电池电量或能量过低需要充电时，及时报警，）故障诊断与报警。当蓄电池电量或能量过低需要充电时，及时报警，以防止电池过放电而损害电池的使用寿命；当电池组的温度过高，非正常以防止电池过放电而损害电池的使用寿命；当电池组的温度过高，非正常工作时，及时报警，以保证蓄电池正常工作。工作时，及时报警，以保证蓄电池正常工作。（4）电池组的热平衡管理。电池热管理系统是电池管理系统的有机组成）电池组的热平衡管理。电池热管理系统是电池管理系统的有机组成部分，其功能是通过风扇等冷却系统和热电阻加热装置使电池温度处于正部分，其功能是通过风扇等冷却系统和热电阻加热装置使电池温度处于正常工作温度范围内。常工作温度范围内。（5）一致性补偿。当电池之间有差异时，有一定措施进行补偿，保证电）一致性补偿。当电池之间有差异时，有一定措施进行补偿，保证电池组表现能力更强，并有一定的手段来显示性能不良的电池位置，以便修池组表现能力更强，并有一定的手段来显示性能不良的电池位置，以便修理替换。一般采用充电补偿功能。设计有旁路分流电路，以保证每个单体理替换。一般采用充电补偿功能。设计有旁路分流电路，以保证每个单体都可以充满电，这样可以减缓电池老化的进度，延长电池的使用寿命。都可以充满电，这样可以减缓电池老化的进度，延长电池的使用寿命。（6）通过总线实现各检测模块和中央处理单元的通讯。在电动汽车上实）通过总线实现各检测模块和中央处理单元的通讯。在电动汽车上实现电池管理的难点和关键在于如何根据采集的每块电池的电压、温度和充现电池管理的难点和关键在于如何根据采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，建立确定每块电池剩余能量的较精确的数学模型，放电电流的历史数据，建立确定每块电池剩余能量的较精确的数学模型，即准确估计电动汽车蓄电池的即准确估计电动汽车蓄电池的SOC状态。状态。第 4 页5.1.2 纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统1.纯电动汽车能量管理系统的组成纯电动汽车能量管理系统的组成 纯电动汽车能源管理系统主要由电池输入控制器、车辆运行纯电动汽车能源管理系统主要由电池输入控制器、车辆运行状态参数、车辆操纵状态、能源管理系统状态参数、车辆操纵状态、能源管理系统ECU、电池输出控、电池输出控制器、电机发电机系统控制等组成。制器、电机发电机系统控制等组成。第 5 页5.1.2 纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统2.电池荷电池荷(充充)电状态指示器电状态指示器 电池荷电池荷(充充)电状态指示器是能源管理系统的一个重要组成。电状态指示器是能源管理系统的一个重要组成。电动汽车蓄电池中储存有多少电能，还能行驶多少里程，是电电动汽车蓄电池中储存有多少电能，还能行驶多少里程，是电动汽车行驶中必须知道的重要参数。与燃油汽车的油量表类似动汽车行驶中必须知道的重要参数。与燃油汽车的油量表类似的仪表就是电池荷的仪表就是电池荷(充充)电状态指示器，它是能源管理系统的一电状态指示器，它是能源管理系统的一个重要装置。因此，在电动汽车中装备满足这一需求的仪表即个重要装置。因此，在电动汽车中装备满足这一需求的仪表即电池荷电池荷(充充)电状态指示器。电状态指示器。第 6 页5.1.2 纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统电池管理系统是能源管理系统的一个子系统。蓄电池管理系电池管理系统是能源管理系统的一个子系统。蓄电池管理系统主要任务是保持电动汽车蓄电池性能良好，并优化各蓄电池统主要任务是保持电动汽车蓄电池性能良好，并优化各蓄电池的电性能和保存、显示测试数据等。的电性能和保存、显示测试数据等。目前，主要是根据实际情况，确定具体纯电动汽车的电池管目前，主要是根据实际情况，确定具体纯电动汽车的电池管理系统的功能和形式。电池管理系统包括硬件系统的设计和软理系统的功能和形式。电池管理系统包括硬件系统的设计和软件系统的设计。件系统的设计。硬件的设计取决于管理系统实现的功能。基本要实现对动力硬件的设计取决于管理系统实现的功能。基本要实现对动力电池组的合理管理，即保证采集数据的准确性、可靠稳定的系电池组的合理管理，即保证采集数据的准确性、可靠稳定的系统通信、抗干扰性。在具体实现过程中，根据设计要求确定需统通信、抗干扰性。在具体实现过程中，根据设计要求确定需要采集动力电池组的数据类型；根据采集量以及精度要求确定要采集动力电池组的数据类型；根据采集量以及精度要求确定前向通道的设计；根据通信数据量以及整车的要求选用合理的前向通道的设计；根据通信数据量以及整车的要求选用合理的总线。总线。第 7 页5.1.2 纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统图是某电池管理系统的结构框图。图是某电池管理系统的结构框图。第 8 页5.1.2 纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统本硬件系统是在基于本硬件系统是在基于ATMEGA8L单片机进行设计的。单片机进行设计的。（1）电压采样的实现。电压采样是对电动汽车电池组的电电压采样的实现。电压采样是对电动汽车电池组的电压进行采样，每个电池组由压进行采样，每个电池组由10个单体电池构成。本系统中一个单体电池构成。本系统中一共有共有14个电池组组成电动汽车的动力电池。原理如图所示，个电池组组成电动汽车的动力电池。原理如图所示，每个电池为一个电池组。每个电池为一个电池组。第 9 页5.1.2 纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统（2）电电流流采采样样的的实实现现。电电流流的的采采样样是是估估计计电电池池SOC的的主主要要依据。这里采用电流传感器依据。这里采用电流传感器LT308(LEM)其测量电路如图所示。其测量电路如图所示。第 10 页5.1.2 纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统（3）温度采样的实现。温度传感器采用美国）温度采样的实现。温度传感器采用美国DALLAS公司公司继继DS1820之后推出的增强型单总线数字温度传感器之后推出的增强型单总线数字温度传感器DS18B20。温度采集电路如图所示。温度采集电路如图所示。第 11 页5.1.2 纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统（4）抗干扰措施的设计。由于电池管理系统用在情况比较）抗干扰措施的设计。由于电池管理系统用在情况比较复杂的电动汽车上，所以干扰可以沿各种线路侵入单片机系统。复杂的电动汽车上，所以干扰可以沿各种线路侵入单片机系统。其主要的渠道有三条：即空间干扰、供电系统干扰、过程通道其主要的渠道有三条：即空间干扰、供电系统干扰、过程通道干扰。干扰对单片机系统的作用可以分为三个部位：第一个部干扰。干扰对单片机系统的作用可以分为三个部位：第一个部位是输入系统，干扰叠加在信号上，使数据采集误差增大，特位是输入系统，干扰叠加在信号上，使数据采集误差增大，特别在前向通道的传感器接口是小电压信号输入时，此现象会更别在前向通道的传感器接口是小电压信号输入时，此现象会更加严重；第二个部位是输出系统，使各输出信号混乱，不能正加严重；第二个部位是输出系统，使各输出信号混乱，不能正常反映单片机系统的真实输出量，导致一系列严重后果；第三常反映单片机系统的真实输出量，导致一系列严重后果；第三个部位是单片机系统的内核，使总线上的数字信号错乱，程序个部位是单片机系统的内核，使总线上的数字信号错乱，程序运行失常，内部程序指针错乱，控制状态失灵，单片机中数据运行失常，内部程序指针错乱，控制状态失灵，单片机中数据被修改，更严重的会导致死机，使系统完全崩溃。被修改，更严重的会导致死机，使系统完全崩溃。第 12 页5.1.2 纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统（5）车载）车载CAN通讯设计实现。在电池管理系统中，通讯设计实现。在电池管理系统中，CAN通通讯的实现是由外围设置讯的实现是由外围设置CAN的控制器和接收器组成的通讯模的控制器和接收器组成的通讯模块，它的设计如图所示。块，它的设计如图所示。第 13 页5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统混合动力电动汽车能量管理系统1.串联式混合动力电动汽车的能量管理策略串联式混合动力电动汽车的能量管理策略由于串联式混合动力电动汽车的发动机与汽车行驶工况没有直接联系，由于串联式混合动力电动汽车的发动机与汽车行驶工况没有直接联系，因此能量管理策略的主要目标是使发动机在最佳效率区和排放区工作。为因此能量管理策略的主要目标是使发动机在最佳效率区和排放区工作。为了优化能量分配整体效率，还应考虑传动系统的动力电池、发动机、电动了优化能量分配整体效率，还应考虑传动系统的动力电池、发动机、电动机和发电机等部件。串联式混合动力电动汽车有机和发电机等部件。串联式混合动力电动汽车有3种基本的能量管理策略。种基本的能量管理策略。(1)恒温器策略。当动力电池恒温器策略。当动力电池SOC低于设定的低门限值时，启动发动机，低于设定的低门限值时，启动发动机，在最低油耗或排放点按恒功率模式输出，一部分功率用于满足车轮驱动功在最低油耗或排放点按恒功率模式输出，一部分功率用于满足车轮驱动功率要求，另一部分功率给动力电池充电。而当动力电池组率要求，另一部分功率给动力电池充电。而当动力电池组SOC上升到所设上升到所设定的高门限值时，发动机关闭，由电动机驱动车辆。其优点是发动机效率定的高门限值时，发动机关闭，由电动机驱动车辆。其优点是发动机效率高、排放低，缺点是动力电池充放电频繁，加上发动机开关时的动态损耗，高、排放低，缺点是动力电池充放电频繁，加上发动机开关时的动态损耗，使得系统总体的损失功率变大，能量转换效率较低。使得系统总体的损失功率变大，能量转换效率较低。第 14 页5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统混合动力电动汽车能量管理系统(2)功率跟踪式策略。由发动机全程跟踪车辆功率需求，只有在动力电功率跟踪式策略。由发动机全程跟踪车辆功率需求，只有在动力电池的池的SOC大于大于SOC设定上限时，且仅由动力电池提供的功率能满足车辆需设定上限时，且仅由动力电池提供的功率能满足车辆需求时，发动机才停机或怠速运行。由于动力电池容量小，动力电池充放电求时，发动机才停机或怠速运行。由于动力电池容量小，动力电池充放电次数减少而使得系统内部损失减少。但是发动机必须在从低到高的较大负次数减少而使得系统内部损失减少。但是发动机必须在从低到高的较大负荷区内运行，使得发动机效率和排放不如恒温器策略。荷区内运行，使得发动机效率和排放不如恒温器策略。(3)基本规则型策略。该策略综合了恒温器策略与功率跟踪式策略两者基本规则型策略。该策略综合了恒温器策略与功率跟踪式策略两者的优点，根据发动机负荷特性图设定了高效率工作区，根据动力电池的充的优点，根据发动机负荷特性图设定了高效率工作区，根据动力电池的充放电特性设定了动力电池高效率的荷电状态范围。并设定一组控制规则，放电特性设定了动力电池高效率的荷电状态范围。并设定一组控制规则，根据需求功率和根据需求功率和SOC进行控制，以充分利用发动机和动力电池的高效率区，进行控制，以充分利用发动机和动力电池的高效率区，使其达到整体效率最高。使其达到整体效率最高。第 15 页5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统混合动力电动汽车能量管理系统2.并联式混合动力电动汽车的能量管理策略并联式混合动力电动汽车的能量管理策略 并联式混合动力电动汽车的能量管理策略基本属于基于转矩的控制。目并联式混合动力电动汽车的能量管理策略基本属于基于转矩的控制。目前主要有以下前主要有以下4类：类：(1)静态逻辑门限策略。该策略通过设置车速、动力电池静态逻辑门限策略。该策略通过设置车速、动力电池SOC上下限、上下限、发动机工作转矩等一组门限参数，限定动力系统各部件的工作区域，并根发动机工作转矩等一组门限参数，限定动力系统各部件的工作区域，并根据车辆实时参数及预先设定的规则调整动力系统各部件的工作状态，以提据车辆实时参数及预先设定的规则调整动力系统各部件的工作状态，以提高车辆整体性能。高车辆整体性能。(2)瞬时优化能量管理策略。瞬时优化策略一般是采用瞬时优化能量管理策略。瞬时优化策略一般是采用“等效燃油消耗等效燃油消耗最少最少”法或法或“功率损失最小功率损失最小”法，二者原理类似。其中法，二者原理类似。其中“等效燃油消耗最等效燃油消耗最少少”法将电机的等效油耗与发动机的实际油耗之和定义为名义油耗，将电法将电机的等效油耗与发动机的实际油耗之和定义为名义油耗，将电机的能量消耗转换为等效的发动机油耗，得到一张类似于发动机万有特性机的能量消耗转换为等效的发动机油耗，得到一张类似于发动机万有特性图的电机等效油耗图。图的电机等效油耗图。第 16 页5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统混合动力电动汽车能量管理系统(3)全全局局最最优优能能量量管管理理策策略略。全全局局最最优优能能量量管管理理策策略略是是应应用用最最优优化化方方法法和和最最优优控控制制理理论论开开发发出出来来的的混混合合动动力力系系统统能能量量分分配配策策略略，目目前前主主要要有有基基于于多多目目标标数数学学规规划划方方法法的的能能量量管管理理策策略略、基基于于古古典典变变分分法法的的能能量量管管理理策策略略和和基于基于Bellman动态规划理论的能量管理策略三种。动态规划理论的能量管理策略三种。(4)模模糊糊能能量量管管理理策策略略。该该策策略略基基于于模模糊糊控控制制方方法法来来决决策策混混合合动动力力系系统统的的工工作作模模式式和和功功率率分分配配，将将“专专家家”的的知知识识以以规规则则的的形形式式输输入入模模糊糊控控制制器器中中，模模糊糊控控制制器器将将车车速速、电电池池SOC、需需求求功功率率/转转矩矩等等输输入入量量模模糊糊化化，基基于于设设定定的的控控制制规规则则来来完完成成决决策策，以以实实现现对对混混合合动动力力系系统统的的合合理理控控制制，从从而而提提高高车车辆辆整整体体性性能能。基基于于模模糊糊逻逻辑辑策策略略可可以以表表达达难难以以精精确确定定量量表表达达的的规规则则；可可以以方方便便地地实实现现不不同同影影响响因因素素(功功率率需需求求、SOC等等)的的折折中中；鲁鲁棒棒性性好好。但但是模糊控制器的建立主要依靠经验，无法获得全局最优。是模糊控制器的建立主要依靠经验，无法获得全局最优。第 17 页5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统混合动力电动汽车能量管理系统 3.混联式混合动力电动汽车的能量管理策略混联式混合动力电动汽车的能量管理策略混联式混合动力电动汽车由于其特有的传动系统结构，如采用行星齿轮混联式混合动力电动汽车由于其特有的传动系统结构，如采用行星齿轮传动，除了采用瞬时优化能量管理策略、全局优化能量管理策略和模糊能传动，除了采用瞬时优化能量管理策略、全局优化能量管理策略和模糊能量管理策略量管理策略(与并联式混合动力汽车能量管理策略原理类似与并联式混合动力汽车能量管理策略原理类似)以外，还有一以外，还有一些特有的能量管理策略：些特有的能量管理策略：(1)发动机恒定工作点策略。由于采用了行星齿轮机构，发动机转速可发动机恒定工作点策略。由于采用了行星齿轮机构，发动机转速可以独立于车速变化，这样使发动机工作在最优工作点，提供恒定的转矩输以独立于车速变化，这样使发动机工作在最优工作点，提供恒定的转矩输出，而剩余的转矩则由电动机提供。这样电动机来负责动态部分，避免了出，而剩余的转矩则由电动机提供。这样电动机来负责动态部分，避免了发动机动态调节带来的损失，而且与发动机相比，电动机的控制也更为灵发动机动态调节带来的损失，而且与发动机相比，电动机的控制也更为灵敏，易于实现。敏，易于实现。(2)发动机最优工作曲线策略。发动机工作在万有特性图中最佳油耗线发动机最优工作曲线策略。发动机工作在万有特性图中最佳油耗线上，只有当发电机电流需求超出电池的接受能力或者当电动机驱动电流需上，只有当发电机电流需求超出电池的接受能力或者当电动机驱动电流需求超出电动机或电池的允许限制时，才调整发动机的工作点。求超出电动机或电池的允许限制时，才调整发动机的工作点。第 18 页5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统混合动力电动汽车能量管理系统1.串联式混合动力电动汽车的工作模式串联式混合动力电动汽车的工作模式(1)纯电动模式。发动机关闭，车辆仅由蓄电池组供电、驱动。纯电动模式。发动机关闭，车辆仅由蓄电池组供电、驱动。(2)纯发动机模式。车辆牵引功率仅来源发动机纯发动机模式。车辆牵引功率仅来源发动机-发电机组，而蓄电池组发电机组，而蓄电池组既不供电也不从驱动系统中吸收任何功率，电设备组用作从发动机到驱动既不供电也不从驱动系统中吸收任何功率，电设备组用作从发动机到驱动轮的电传动系。轮的电传动系。(3)混合模式。牵引功率由发动机混合模式。牵引功率由发动机-发电机组和蓄电池组共同提供。发电机组和蓄电池组共同提供。(4)发动机牵引和蓄电池充电模式。发动机发动机牵引和蓄电池充电模式。发动机-发电机组供给向蓄电池组充发电机组供给向蓄电池组充电和驱动车辆所需的功率。电和驱动车辆所需的功率。(5)再生制动模式。发动机再生制动模式。发动机-发电机组关闭，牵引电机产生的电功率用于发电机组关闭，牵引电机产生的电功率用于向蓄电池组充电。向蓄电池组充电。(6)蓄电池组充电模式。牵引电动机不接受功率，发动机蓄电池组充电模式。牵引电动机不接受功率，发动机-发电机组向蓄发电机组向蓄电池组充电。电池组充电。(7)混合式蓄电池充电模式。发动机混合式蓄电池充电模式。发动机-发电机组和运行在发电机状态下的发电机组和运行在发电机状态下的牵引电动机共同向蓄电池组充电。牵引电动机共同向蓄电池组充电。第 19 页5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统混合动力电动汽车能量管理系统2.并联式混合动力电动汽车的工作模式并联式混合动力电动汽车的工作模式并联式混合动力电动汽车主要蕴含以下工作模式：并联式混合动力电动汽车主要蕴含以下工作模式：(1)纯电动模式。当混合动力电动汽车处于起步、低速等轻载工况且动纯电动模式。当混合动力电动汽车处于起步、低速等轻载工况且动力电池的电量充足时，若以发动机作为动力源，则发动机燃油效率较低，力电池的电量充足时，若以发动机作为动力源，则发动机燃油效率较低，并且排放性能很差。因此，关闭发动机，由动力电池提供能量并以电机驱并且排放性能很差。因此，关闭发动机，由动力电池提供能量并以电机驱动车辆。但当动力电池的电量较低时，为保护电池，应当切换到行车充电动车辆。但当动力电池的电量较低时，为保护电池，应当切换到行车充电模式。模式。(2)纯发动机模式。在车辆高速行驶等中等负荷时，车辆克服路面阻力纯发动机模式。在车辆高速行驶等中等负荷时，车辆克服路面阻力运行所需的动力较小，一般情况下主要由发动机提供动力。此时，发动机运行所需的动力较小，一般情况下主要由发动机提供动力。此时，发动机可工作于高效区域，燃油效率较高。可工作于高效区域，燃油效率较高。(3)混合驱动模式。在加速或爬坡等大负荷情况下，当车辆行驶所需的混合驱动模式。在加速或爬坡等大负荷情况下，当车辆行驶所需的动力超过发动机工作范围或高效区时，由电机提供辅助动力同发动机一同动力超过发动机工作范围或高效区时，由电机提供辅助动力同发动机一同驱动车辆。若此时动力电池的剩余电量较低，则转换到纯发动机模式。驱动车辆。若此时动力电池的剩余电量较低，则转换到纯发动机模式。第 20 页5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统混合动力电动汽车能量管理系统(4)行车充电模式。在车辆正常行驶等中低负荷时，若动力电池的剩余行车充电模式。在车辆正常行驶等中低负荷时，若动力电池的剩余电量较低，发动机除了要提供驱动车辆所需的动力外，还要提供额外的功电量较低，发动机除了要提供驱动车辆所需的动力外，还要提供额外的功率通过电机发电以转换成电能给动力电池充电。率通过电机发电以转换成电能给动力电池充电。(5)再生制动模式。当混合动力电动汽车减速再生制动模式。当混合动力电动汽车减速/制动时，发动机不工作，制动时，发动机不工作，电机尽可能多地回收再生制动能量，剩余部分由机械制动器消耗。电机尽可能多地回收再生制动能量，剩余部分由机械制动器消耗。(6)怠速怠速/停车模式。在怠速停车模式。在怠速/停车模式中，通常关闭发动机和电动机，停车模式中，通常关闭发动机和电动机，但当动力电池剩余电量较低时，需要开启发动机和电机，控制发动机工作但当动力电池剩余电量较低时，需要开启发动机和电机，控制发动机工作于高效区并拖动电机为动力电池充电。于高效区并拖动电机为动力电池充电。第 21 页5.2 电动汽车再生制动能量回收系统电动汽车再生制动能量回收系统 再生制动是指电动汽车在再生制动是指电动汽车在减速制动减速制动(刹车或者下坡刹车或者下坡)时时将汽车的部分动能转化为电将汽车的部分动能转化为电能，转化的电能储存在储存能，转化的电能储存在储存装置中，如各种蓄电池、超装置中，如各种蓄电池、超级电容和超高速飞轮，最终级电容和超高速飞轮，最终增加电动汽车的续驶里程。增加电动汽车的续驶里程。如果储能器已经被完全充满，如果储能器已经被完全充满，再生制动就不能实现，所需再生制动就不能实现，所需的制动力就只能由常规的制的制动力就只能由常规的制动系统提供。图为电动汽车动系统提供。图为电动汽车的制动系统结构。的制动系统结构。第 22 页5.2.1制动能量回收的方法和类型制动能量回收的方法和类型 制动能量回收的基本原理是先将汽车制动或减速时的一部制动能量回收的基本原理是先将汽车制动或减速时的一部分机械能（动能）经再生系统转换（或转移）为其它形式的能分机械能（动能）经再生系统转换（或转移）为其它形式的能量（旋转动能、液压能、化学能等），并储存在储能器中，同量（旋转动能、液压能、化学能等），并储存在储能器中，同时产生一定的负荷阻力使汽车减速制动；当汽车再次启动或加时产生一定的负荷阻力使汽车减速制动；当汽车再次启动或加速时，再生系统又将储存在储能器中的能量再转换为汽车行驶速时，再生系统又将储存在储能器中的能量再转换为汽车行驶所需要的动能（驱动力）。所需要的动能（驱动力）。1.制动能量回收方法制动能量回收方法根据储能机理不同，电动汽车制动能量回收的方法也不同，根据储能机理不同，电动汽车制动能量回收的方法也不同，主要有主要有3种，即飞轮储能、液压储能和电化学储能。种，即飞轮储能、液压储能和电化学储能。第 23 页5.2.1制动能量回收的方法和类型制动能量回收的方法和类型飞飞轮轮储储能能是是利利用用高高速速旋旋转转的的飞飞轮轮来来储储存存和和释释放放能能量量，能能量量转转换换过过程程如如图图所所示示。当当汽汽车车制制动动或或减减速速时时，先先将将汽汽车车在在制制动动或或减减速速过过程程中中的的动动能能转转换换成成飞飞轮轮高高速速旋旋转转的的动动能能；当当汽汽车车再再次次启启动动或或加加速速时时，高高速速旋旋转转的的飞飞轮轮又又将将存存储储的的动动能能通通过过传传动动装装置置转转化化为汽车行驶的驱动力。为汽车行驶的驱动力。第 24 页5.2.1制动能量回收的方法和类型制动能量回收的方法和类型图图是是一一种种飞飞轮轮储储能能式式制制动动能能量量回回收收系系统统示示意意图图。系系统统主主要要由由发发动动机机、高高速速储储能能飞飞轮轮、增增速速齿齿轮轮、离离合合器器和和驱驱动动桥桥组组成成。发发动动机机用用来来提提供供驱驱动动汽汽车车的的主主要要动动力力，高高速速储储能能飞飞轮轮用用来来回回收收制制动动能能量量以以及及作作为为负负荷荷平平衡衡装装置置，为为发动机提供辅助的功率以满足峰值功率的要求。发动机提供辅助的功率以满足峰值功率的要求。第 25 页5.2.1制动能量回收的方法和类型制动能量回收的方法和类型液液压压储储能能工工作作过过程程如如图图所所示示。它它是是先先将将汽汽车车在在制制动动或或减减速速过过程程中中的的动动能能转转换换成成液液压压能能，并并将将液液压压能能储储存存在在液液压压蓄蓄能能器器中中；当当汽汽车车再再次次启启动动或或加加速速时时，储储能能系系统统又又将将蓄蓄能能器器中中的的液液压压能能以以机械能的形式反作用于汽车，以增加汽车的驱动力。机械能的形式反作用于汽车，以增加汽车的驱动力。第 26 页5.2.1制动能量回收的方法和类型制动能量回收的方法和类型图图是是液液压压储储能能式式制制动动能能量量回回收收系系统统示示意意图图。系系统统由由发发动动机机、液液压压泵泵/马马达达、液液压压蓄蓄能能器器、变变速速器器、驱驱动动桥桥、离离合合器器和和液液压压控制系统组成。控制系统组成。第 27 页5.2.1制动能量回收的方法和类型制动能量回收的方法和类型电电化化学学储储能能工工作作原原理理如如图图所所示示。它它是是先先将将汽汽车车在在制制动动或或减减速速过过程程中中的的动动能能，通通过过发发电电机机转转化化为为电电能能并并以以化化学学能能的的形形式式储储存存在在储储能能器器中中；当当汽汽车车再再次次启启动动或或加加速速时时，再再将将储储能能器器中中的的化化学学能能通通过过电电动动机机转转化化为为汽汽车车行行驶驶的的动动能能。储储能能器器可可采采用用蓄蓄电电池池或或超超级级电电容容，由由发发电电机机/电电动动机机实实现现机机械械能能和和电电能能之之间间的的转转换换。系系统统还还包包括括一一个个控控制制单单元元，用用来来控控制制蓄蓄电电池池或或超超级级电电容容的的充放电状态，并保证蓄电池的剩余电量在规定的范围内。充放电状态，并保证蓄电池的剩余电量在规定的范围内。第 28 页5.2.1制动能量回收的方法和类型制动能量回收的方法和类型图图是是一一种种用用于于前前轮轮驱驱动动汽汽车车的的电电化化学学储储能能式式制制动动能能量量回回收收示示意意图图。当当汽汽车车以以恒恒定定速速度度或或加加速速度度行行驶驶时时，电电磁磁离离合合器器脱脱开开。当当汽汽车车制制动动时时，行行车车制制动动系系统统开开始始工工作作，汽汽车车减减速速制制动动，电电磁磁离离合合器器接接合合，从从而而接接通通驱驱动动轴轴和和变变速速器器的的输输出出轴轴。这这样样，汽汽车车的的动动能能由由输输出出轴轴、离离合合器器、驱驱动动轴轴、驱驱动动轮轮和和从从动动轮轮传传到到发发动动机机和和飞飞轮轮上上。制制动动时时的的机机械械能能由由电电动动机转换为电能，存入蓄电池。机转换为电能，存入蓄电池。第 29 页5.2.1制动能量回收的方法和类型制动能量回收的方法和类型2.制动能量回收系统的类型制动能量回收系统的类型制动能量回收系统的类型因储能方法不同而不同，主要有电制动能量回收系统的类型因储能方法不同而不同，主要有电能式、动能式和液压式。能式、动能式和液压式。电能式主要由发电机、电动机和蓄电池或超级电容组成，一电能式主要由发电机、电动机和蓄电池或超级电容组成，一般在电动汽车上使用；动能式主要由飞轮、无级变速器构成，般在电动汽车上使用；动能式主要由飞轮、无级变速器构成，一般在公交汽车上使用；液压式主要由液压泵一般在公交汽车上使用；液压式主要由液压泵/液压马达、蓄液压马达、蓄能器组成，一般在工程机械或大型车辆上使用。能器组成，一般在工程机械或大型车辆上使用。第 30 页 5.2.2电动汽车的制动能量回收系统电动汽车的制动能量回收系统在电动汽车上采取制动能量回收方法，有如下作用：在电动汽车上采取制动能量回收方法，有如下作用：(1)在目前电动汽车的储能元件没有大的突破与发展的实际在目前电动汽车的储能元件没有大的突破与发展的实际情况下，制动能量回收装置可以提高电动汽车的能量利用率，情况下，制动能量回收装置可以提高电动汽车的能量利用率，延长电动汽车的行驶里程；延长电动汽车的行驶里程；(2)电制动与传统主动相结合，可以减轻传统制动器的磨损，电制动与传统主动相结合，可以减轻传统制动器的磨损，增长其使用周期，达到降低成本的目的；增长其使用周期，达到降低成本的目的；(3)可以减少汽车制动器在制动，尤其是缓速下长坡以及滑可以减少汽车制动器在制动，尤其是缓速下长坡以及滑行过程中产生的热量，降低汽车制动器的热衰退，提高汽车的行过程中产生的热量，降低汽车制动器的热衰退，提高汽车的安全性和可靠性。安全性和可靠性。第 31 页 5.2.2电动汽车的制动能量回收系统电动汽车的制动能量回收系统再再生生制制动动系系统统的的结结构构与与原原理理如如图图所所示示，由由驱驱动动轮轮、主主减减速速器器、变变速速器器、电电动动机机、AC/DC转转换换器器、DC/DC转转换换器器、能能量量储储存存系统以及控制器组成。系统以及控制器组成。第 32 页 5.2.2电动汽车的制动能量回收系统电动汽车的制动能量回收系统1.Eco-Vehicle制动控制系统制动控制系统Eco-Vehicle是日本开发的一款电动车，该车制动系统使用了传统制动系是日本开发的一款电动车，该车制动系统使用了传统制动系统不具有的制动压力控制阀单元，控制单元安装在主缸和前后制动器之间统不具有的制动压力控制阀单元，控制单元安装在主缸和前后制动器之间的液压回路中，同时压力控制阀还包括主缸压力传感器和两个由制动控制的液压回路中，同时压力控制阀还包括主缸压力传感器和两个由制动控制器控制的电磁调节器，如图所示。器控制的电磁调节器，如图所示。第 33 页 5.2.2电动汽车的制动能量回收系统电动汽车的制动能量回收系统2.本田本田EV Plus制动控制系统制动控制系统本田本田EV Plus的制动控制系统与传统的液压（气压）制动系统有所区别，的制动控制系统与传统的液压（气压）制动系统有所区别，它使用电动真空泵给制动助力器提供动力源；制动过程中将回收能量传递它使用电动真空泵给制动助力器提供动力源；制动过程中将回收能量传递到动力电池中。本田到动力电池中。本田EV Plus的制动控制系统如图所示。的制动控制系统如图所示。第 34 页 5.2.2电动汽车的制动能量回收系统电动汽车的制动能量回收系统3.丰田丰田Prius制动控制系统制动控制系统丰田丰田Prius是丰田汽车公司研制的一款混合动力轿车，它的是丰田汽车公司研制的一款混合动力轿车，它的制动系统包括能量回收制动和液压制动，能量回收制动由整车制动系统包括能量回收制动和液压制动，能量回收制动由整车ECU控制，液压制动则是由制动控制器控制，液压制动系统控制，液压制动则是由制动控制器控制，液压制动系统如图所示。如图所示。第 35 页 5.2.2电动汽车的制动能量回收系统电动汽车的制动能量回收系统4.再生再生液压混合制动系统液压混合制动系统图是某电动汽车的再生图是某电动汽车的再生液压混合制动系统，它只在前轮上液压混合制动系统，它只在前轮上进行制动能量回收，前轮上的总制动力矩大小等于电机产生的进行制动能量回收，前轮上的总制动力矩大小等于电机产生的再生制动力矩与机械制动系统产生的摩擦制动力矩的和。再生制动力矩与机械制动系统产生的摩擦制动力矩的和。第 36 页谢谢 谢！谢！第 37 页