項(xiàng)目三熟知新能源汽車核心技術(shù)PART03任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)一、新能源電動(dòng)汽車的能量管理系統(tǒng)作用對(duì)新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換裝置的輸出能量進(jìn)行協(xié)調(diào)、分配和控制的軟、硬件系統(tǒng)稱為能量管理系統(tǒng)。能量管理系統(tǒng)的硬件由一系列傳感器、控制單元和執(zhí)行元件等組成；軟件系統(tǒng)的功用主要是對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行分析處理，對(duì)能量轉(zhuǎn)換裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化分析并向執(zhí)行元件發(fā)出指令。因此，新能源汽車能量管理系統(tǒng)的功能是滿足汽車基本技術(shù)性能和成本等要求的前提下，根據(jù)各個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置的特性及汽車的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)能量在能量轉(zhuǎn)換裝置之間按最佳路線流動(dòng)，使整車的能量利用效率達(dá)到最高。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)動(dòng)力蓄電池電動(dòng)汽車的能量轉(zhuǎn)換由內(nèi)燃機(jī)/發(fā)電機(jī)、動(dòng)力蓄電池、功率轉(zhuǎn)化器及動(dòng)力傳遞裝置等組成，能量傳遞路線主要從動(dòng)力蓄電池到車輪（行駛）和從車輪到動(dòng)力蓄電池（能量回收）兩條。混合動(dòng)力燃料電池和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，其能量轉(zhuǎn)換裝置通常包括發(fā)電裝置、能量?jī)?chǔ)存裝置、功率變換模塊、動(dòng)力傳遞裝置、充放電裝置等。其能量傳遞路線有四條：①由發(fā)電裝置到車輪的動(dòng)力傳動(dòng)路線；②由動(dòng)力蓄電池到車輪；③由發(fā)電機(jī)裝置到能量?jī)?chǔ)存裝置；④由車輪到能量?jī)?chǔ)存裝置（能量回收）的能量流動(dòng)路線。二、新能源汽車能量管理系統(tǒng)組成及原理（一）純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)組成及原理如圖3-20所示，系統(tǒng)中各相關(guān)模塊向能量管理系統(tǒng)子單元提供的參數(shù)有各電池組的狀態(tài)參數(shù)、車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和車輛操縱狀態(tài)。能量管理系統(tǒng)具有對(duì)檢測(cè)的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的功能。ECU對(duì)檢測(cè)的狀態(tài)參數(shù)按既定的算法和控制策略進(jìn)行運(yùn)算和決策，并向電池、電機(jī)等發(fā)出合適的控制指令等，實(shí)現(xiàn)電池能量的優(yōu)化管理與控制。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)（二）混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)組成及原理動(dòng)力源（能量）傳遞路徑有：①由傳統(tǒng)的四缸內(nèi)燃機(jī)到輪胎；②由動(dòng)力蓄電池到輪胎；③由輪胎到動(dòng)力蓄電池包，在汽車下坡或制動(dòng)工況時(shí)，由集成的發(fā)電機(jī)/電機(jī)ISG將汽車的再生或制動(dòng)的能量存儲(chǔ)在動(dòng)力蓄電池中；④由發(fā)電機(jī)ISG到動(dòng)力蓄電池包。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)三、新能源電動(dòng)汽車的能量回收系統(tǒng)（一）制動(dòng)能量回收方法電機(jī)制動(dòng)的方法可分為機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩大類。電氣制動(dòng)又可分為反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)和回饋發(fā)電制動(dòng)三種形式。在電動(dòng)汽車制動(dòng)和下坡滑行時(shí)，通過控制系統(tǒng)將電機(jī)的狀態(tài)改為發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能儲(chǔ)存于電池之中，這樣既可減少機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的損耗，又能提高整車能量的使用效率，達(dá)到節(jié)約能源和提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的目的。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)1.飛輪儲(chǔ)能的工作原理飛輪儲(chǔ)能是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來儲(chǔ)存和釋放能量，其基本工作原理是：當(dāng)車輛制動(dòng)或減速時(shí)，先將車輛在制動(dòng)或減速過程中的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為飛輪高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能；當(dāng)車輛再次起動(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)化為車輛行駛的驅(qū)動(dòng)力。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)飛輪儲(chǔ)能式制動(dòng)能量，主要由內(nèi)燃機(jī)、高速儲(chǔ)能飛輪、增速齒輪、飛輪離合器和驅(qū)動(dòng)橋組成。內(nèi)燃機(jī)用來提供驅(qū)動(dòng)車輛的主要?jiǎng)恿Γ咚賰?chǔ)能飛輪用來回收制動(dòng)能量以及作為負(fù)荷平衡裝置，為內(nèi)燃機(jī)提供輔助的功率以滿足峰值功率要求。由于市區(qū)公共車輛具有很大的慣性，在正常行駛時(shí)又具有很高的可逆能量——?jiǎng)幽埽捎酶咚賰?chǔ)能飛輪將其回收，在起步或加速過程中釋放出去，既減少了能源的浪費(fèi)，又提高了車輛的性能。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)2.液壓儲(chǔ)能其工作原理是：先將車輛在制動(dòng)或減速過程中的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成液壓能，并將液壓能儲(chǔ)藏在液壓儲(chǔ)能器中；當(dāng)車輛再次起動(dòng)或加速時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)又將儲(chǔ)能器中的液壓能以機(jī)械能的形式反作用于車輛，以增加車輛的驅(qū)動(dòng)力。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)如圖3-25所示為利用液壓儲(chǔ)能原理設(shè)計(jì)的一種制動(dòng)能量再生回收系統(tǒng)。系統(tǒng)由內(nèi)燃機(jī)、液壓泵/電機(jī)、液壓儲(chǔ)能器、聯(lián)動(dòng)變速器、驅(qū)動(dòng)橋、液控離合器和液壓控制系統(tǒng)組成。起動(dòng)、加速或爬坡時(shí)，液控離合器接合，液壓儲(chǔ)能器與聯(lián)動(dòng)變速器連接，液壓儲(chǔ)能器中的液壓能通過液壓泵/電機(jī)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)車輛的動(dòng)能，用來輔助內(nèi)燃機(jī)滿足驅(qū)動(dòng)車輛所需要的峰值功率。減速時(shí)，電控元器件發(fā)出信號(hào)，使系統(tǒng)處于儲(chǔ)能狀態(tài)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能儲(chǔ)存在液壓儲(chǔ)能器中，致使車輛行駛阻力增大，車速降低至停車。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)3.電化學(xué)儲(chǔ)能電化學(xué)儲(chǔ)能工作原理是：首先將車輛在制動(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)能的形式存儲(chǔ)在儲(chǔ)能器中，當(dāng)車輛需要起動(dòng)或加速時(shí)，再將存儲(chǔ)器中的化學(xué)能通過電機(jī)轉(zhuǎn)化為車輛行駛的動(dòng)能。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)電化學(xué)儲(chǔ)能式制動(dòng)能量再生回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作過程為：當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，行車制動(dòng)系統(tǒng)開始工作，車輛減速制動(dòng)，電磁離合器接合，從而接通驅(qū)動(dòng)軸和變速器的輸出軸。這樣，車輛的動(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)電機(jī)和飛輪上。制動(dòng)時(shí)的機(jī)械能由電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，存入動(dòng)力蓄電池。在發(fā)電機(jī)和飛輪回收能量的同時(shí)產(chǎn)生負(fù)荷作用，作為前輪驅(qū)動(dòng)的阻力。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)（二）電動(dòng)汽車制動(dòng)能量的回收1.制動(dòng)模式（1）緊急制動(dòng)。配合機(jī)械制動(dòng)，增大制動(dòng)力度，通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最合理的制動(dòng)偏重分配。（2）中輕度制動(dòng)。代替機(jī)械制動(dòng)產(chǎn)生制動(dòng)力，使車輛平穩(wěn)減速，提高乘員的舒適度。回收的電能在電容器中儲(chǔ)存滿后開始向電池充電。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)（3）長(zhǎng)時(shí)間減速制動(dòng)。在下坡或長(zhǎng)時(shí)間滑行時(shí)長(zhǎng)時(shí)持續(xù)地為電池充電，除了達(dá)到輕度制動(dòng)的作用外。此功能可被廣泛應(yīng)用于山區(qū)和地形不平坦的道路情況中，回收大量的能量。還可以很大程度地減少制動(dòng)器的負(fù)擔(dān)，避免制動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)而引起的熱衰退造成的制動(dòng)力不足甚至制動(dòng)失靈。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)2.制動(dòng)能量回收的約束條件實(shí)用的能量回收系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：（1）滿足制動(dòng)的安全要求，符合駕駛員的制動(dòng)習(xí)慣。（2）考慮驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)電工作特性和輸出能力。（3）確保電池組在充電過程中的安全，防止過充電。由以上分析可得能量回收的約束條件如下：（1）根據(jù)電池放電深度的不同，電池可接受的最大充電電流。（2）電池可接受的最大充電時(shí)間。（3）能量回收停止時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及與此相對(duì)應(yīng)的充電電流值。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)3.制動(dòng)能量回收控制算法功效的評(píng)價(jià)以初始速度為60km/h的電制動(dòng)典型過程為例，經(jīng)仿真計(jì)算可得，回收能量占車體總動(dòng)能的65.4％，其余的34.6％為機(jī)械制動(dòng)和電制動(dòng)過程中的損耗。以我國(guó)轎車循環(huán)工況為例，考慮到摩擦阻力及各部分效率的問題，回收能量占總耗能的23.3％。任務(wù)三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)授之以技以北汽EV160為例，講述新能源電動(dòng)汽車能量管理與回收系統(tǒng)的電路新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)主要由動(dòng)力蓄電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器、電機(jī)、車輪組成