制动能量回收

制动能量回收刘建霞主要内容一、研究背景二、制动能量再生系统的蓄能形式三、系统的传动方式一.背景在“节能环保”呼声高涨的今天，面对金融危机、油价高涨和日益严峻的节能减排压力，大力发展新能源汽车成为世界汽车工业竞争的一个新焦点，各类新能源技术的研发如雨后春笋般涌现。显然，新能源汽车不可能一蹴而就，混合动力汽车则应运而生。液压混合动力技术虽然起步较晚，但液压技术作为一项安全、可靠、节能、环保、价格廉价的成熟技术，运用到城市客车节能减排研究中可谓取长补短，相得益彰。二、制动能量再生系统的蓄能形式通常装备公交车用于能量回收的储能单元有三种：飞轮储能器、蓄电池蓄能器和液压蓄能器。下面分别介绍其基本原理并对比分析。飞轮蓄能式混合动力系统超高速飞轮结构示意图飞轮蓄能器又叫超级飞轮，整个装置处于真空状态，由外壳、飞轮、磁性轴承、和安装在飞轮系统底部的能量转换装置构成。能量转换装置由PM无刷电动机转子、定子以及接线端子构成，既能发电又能驱动。该蓄能单元以电能作为“桥梁”，实现外界机械能与飞轮惯性能相互转化。因为飞轮蓄能器中没有任何化学反应发生，旋转时的飞轮只做纯粹的机械运动，所以该蓄能形式具有非常高蓄能效率。飞轮蓄能式混合动力系统原理图制动时，飞轮离合器接通，变速器传来的旋转惯量通过传动齿轮的传递直接作用到高速飞轮上，增大飞轮角加速度—制动能转换为飞轮旋转惯性能。起步或加速时，飞轮离合器接通，飞轮惯性能通过传动齿轮和传动轴作用到驱动轮上从而起到辅助驱动的作用。蓄电池式混合动力系统蓄电池式混合动力即为通常所说的混合动力，指燃料（汽油，柴油）和电能的混合。蓄电池式混合动力根据驱动形式可分为串联式（SHEV）、并联式（PHEV）以及混联式（Series-ParallelCombinedSchedule）；根据对电池的依赖程度又可分为弱混合动力、中混合动力、强混合动力以及插电式混合动力。并联式油电混合动力系统原理图右图是并联式油电混合动力车的原理图，主要由发动机、发电/电动机、蓄电池、离合器、变速器、转矩耦合器和驱动桥等组成。蓄电池式混合动力系统虽有诸多分类，但原理上与飞轮式相似，能量转换的实现同样离不开可逆元件—发电/电动机。这里采用电池组取代飞轮。液压蓄能式混合动力系统液压蓄能式混合动力是以液压蓄能器作为储能元件的一种新型混合动力技术，该系统通过二次液压元件—泵/马达实现蓄能器中的液压能与车辆动能之间的转换。车辆制动时，二次元件以“泵”的形式工作，车辆行驶的动能或惯性能带动泵旋转，将液压油压入高压蓄能器中，实现动能到液压能的转化；当车辆起动或加速时，二次元件以“马达”的形式工作，蓄能器释放高压油以驱动马达工作，实现液压能到车辆动能的转化。液压混合动力系统根据液压制动能量再生系统与整车耦合位置不同可分为四种形式：串联式、并联式、混联式和轮边式。并联式液压混合动力系统原理图右图是并联式液压混合动力车辆的传动原理图，主要由发动机、离合器、变速箱、高压蓄能器、低压蓄能器、泵/马达、再生系统离合器、转矩耦合器和驱动桥等组成。三种典型混合动力系统的对比储能元件能量密度（J/kg)功率密度（W/kg)能量保存时间银锌电池400000110几个月超级飞轮320000330几个小时铅酸电池7900022几个月钢制飞轮21000330几个小时液压蓄能器630019000几个月从表中可以看出，超级飞轮和银锌电池作为储能元件都具有很高的能量密度，但是，只有液压蓄能器的功率密度最高。而其他几种储能元件相差甚远。从储能元件性能上看，液压蓄能器无疑是较理想的制动能量再生与辅助驱动的蓄能单元。三、系统的传动方式根据制动能量再生系统与发动机的不同配置形式，液压混合动力城市客车分为四种形式：串联式混合动力驱动、并联式混合动力驱动、混联式混合动力驱动和轮边式混合动力驱动。串联式驱动力配置系统原理图串联式混合动力驱动系统串联液压驱动力配置系统的动力源有两个：发动机和高压蓄能器。该系统配置中，发动机只与液压泵联接，而不直接跟变速箱联接。串联式液压混合动力车辆只适用于载荷和整备质量较小、对车速要求不高但要求运行平稳的特殊行走机械或小型公交车。并联式驱动力配置系统原理图并联式混合动力驱动系统并联式液压驱动力配置系统的动力源有两个：发动机和高压蓄能器。不同的是车辆在制动能量再生系统不工作时可由发动机单独直接驱动车辆，这跟传统车辆传动方式一样；在制动能量再生系统工作时，也可直接驱动车辆；或者二者同时直接驱动车辆并联式液压驱动力配置系统有两条驱动路线：这两条驱动线可根据具体的工况和控制策略的要求分别单独或联合工作。该系统的优点：生产继承性好，安装方便，易于实现，对现有城市客车都可加装，转矩耦合器布置在变速箱输出轴后，可最大限度的回收制动能量；两套动力系统分别跟驱动轴刚性连接，传动效率大大提高；采用的液压系统质量不大，对液压系统和蓄能器压力要求不高。混联式驱动力配置系统原理图混联式混合动力驱动系统综合串联式和并联式液压混合动力系统可知，混联式系统具有串联式和并联式系统的功能，并且将两种类型的系统很好的结合起来，发挥各自的优点。混联式系统具有三条驱动路线：混联式系统对车辆原有构造改动大、成本高、需要配置复杂的控制策略。仅限纸上谈兵，很难付诸实践。混联式综合两者的优势，取长补短，优化发动机燃油经济性，降低排放。混联式系统对车辆原有构造改动大、成本高、需要配置复杂的控制策略。仅限纸上谈兵，很难付诸实践。轮边式驱动力配置系统原理图轮边式混合动力驱动系统发动机只驱动变量泵控制液压系统处于恒压状态，而不直接参与车辆驱动。该结构也有一定缺陷：系统需装备四个双向变量二次元件和一个液压泵，双向变量液压二次元件价格昂贵、控制系统复杂；受液压二次元件最高转速的限制，装备该系统的车辆车速较低；受系统总功率的限制，单个高压蓄能器不能满足要求，需多个并联。