項目三熟知新能源汽車核心技術PART03任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)一、新能源電動汽車的能量管理系統(tǒng)作用對新能源汽車動力系統(tǒng)能量轉換裝置的輸出能量進行協(xié)調、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)的功用主要是對傳感器的信號進行分析處理，對能量轉換裝置的工作狀態(tài)進行優(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性能和成本等要求的前提下，根據各個能量儲存裝置、能量轉換裝置的特性及汽車的運行工況，實現(xiàn)能量在能量轉換裝置之間按最佳路線流動，使整車的能量利用效率達到最高。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)動力蓄電池電動汽車的能量轉換由內燃機/發(fā)電機、動力蓄電池、功率轉化器及動力傳遞裝置等組成，能量傳遞路線主要從動力蓄電池到車輪（行駛）和從車輪到動力蓄電池（能量回收）兩條?；旌蟿恿θ剂想姵睾突旌蟿恿﹄妱悠嚕淠芰哭D換裝置通常包括發(fā)電裝置、能量儲存裝置、功率變換模塊、動力傳遞裝置、充放電裝置等。其能量傳遞路線有四條：①由發(fā)電裝置到車輪的動力傳動路線；②由動力蓄電池到車輪；③由發(fā)電機裝置到能量儲存裝置；④由車輪到能量儲存裝置（能量回收）的能量流動路線。二、新能源汽車能量管理系統(tǒng)組成及原理（一）純電動汽車能量管理系統(tǒng)組成及原理如圖3-20所示，系統(tǒng)中各相關模塊向能量管理系統(tǒng)子單元提供的參數有各電池組的狀態(tài)參數、車輛運行狀態(tài)參數和車輛操縱狀態(tài)。能量管理系統(tǒng)具有對檢測的狀態(tài)參數進行實時顯示的功能。ECU對檢測的狀態(tài)參數按既定的算法和控制策略進行運算和決策，并向電池、電機等發(fā)出合適的控制指令等，實現(xiàn)電池能量的優(yōu)化管理與控制。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)（二）混合動力汽車能量管理系統(tǒng)組成及原理動力源（能量）傳遞路徑有：①由傳統(tǒng)的四缸內燃機到輪胎；②由動力蓄電池到輪胎；③由輪胎到動力蓄電池包，在汽車下坡或制動工況時，由集成的發(fā)電機/電機ISG將汽車的再生或制動的能量存儲在動力蓄電池中；④由發(fā)電機ISG到動力蓄電池包。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)三、新能源電動汽車的能量回收系統(tǒng)（一）制動能量回收方法電機制動的方法可分為機械制動和電氣制動兩大類。電氣制動又可分為反接制動、能耗制動和回饋發(fā)電制動三種形式。在電動汽車制動和下坡滑行時，通過控制系統(tǒng)將電機的狀態(tài)改為發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)電機發(fā)出的電能儲存于電池之中，這樣既可減少機械制動系統(tǒng)的損耗，又能提高整車能量的使用效率，達到節(jié)約能源和提高電動汽車續(xù)駛里程的目的。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)1.飛輪儲能的工作原理飛輪儲能是利用高速旋轉的飛輪來儲存和釋放能量，其基本工作原理是：當車輛制動或減速時，先將車輛在制動或減速過程中的動能轉換為飛輪高速旋轉的動能；當車輛再次起動或加速時，高速旋轉的飛輪又將存儲的動能通過傳動裝置轉化為車輛行駛的驅動力。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)飛輪儲能式制動能量，主要由內燃機、高速儲能飛輪、增速齒輪、飛輪離合器和驅動橋組成。內燃機用來提供驅動車輛的主要動力，高速儲能飛輪用來回收制動能量以及作為負荷平衡裝置，為內燃機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，在正常行駛時又具有很高的可逆能量——動能，可用高速儲能飛輪將其回收，在起步或加速過程中釋放出去，既減少了能源的浪費，又提高了車輛的性能。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)2.液壓儲能其工作原理是：先將車輛在制動或減速過程中的動能轉化成液壓能，并將液壓能儲藏在液壓儲能器中；當車輛再次起動或加速時，儲能系統(tǒng)又將儲能器中的液壓能以機械能的形式反作用于車輛，以增加車輛的驅動力。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)如圖3-25所示為利用液壓儲能原理設計的一種制動能量再生回收系統(tǒng)。系統(tǒng)由內燃機、液壓泵/電機、液壓儲能器、聯(lián)動變速器、驅動橋、液控離合器和液壓控制系統(tǒng)組成。起動、加速或爬坡時，液控離合器接合，液壓儲能器與聯(lián)動變速器連接，液壓儲能器中的液壓能通過液壓泵/電機轉化為驅動車輛的動能，用來輔助內燃機滿足驅動車輛所需要的峰值功率。減速時，電控元器件發(fā)出信號，使系統(tǒng)處于儲能狀態(tài)，將動能轉化為壓力能儲存在液壓儲能器中，致使車輛行駛阻力增大，車速降低至停車。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)3.電化學儲能電化學儲能工作原理是：首先將車輛在制動或減速過程中的動能，通過發(fā)電機轉化為電能并以化學能的形式存儲在儲能器中，當車輛需要起動或加速時，再將存儲器中的化學能通過電機轉化為車輛行駛的動能。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)電化學儲能式制動能量再生回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作過程為：當車輛制動時，行車制動系統(tǒng)開始工作，車輛減速制動，電磁離合器接合，從而接通驅動軸和變速器的輸出軸。這樣，車輛的動能由輸出軸、離合器、驅動軸、驅動輪和從動輪傳到發(fā)電機和飛輪上。制動時的機械能由電機轉化為電能，存入動力蓄電池。在發(fā)電機和飛輪回收能量的同時產生負荷作用，作為前輪驅動的阻力。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)（二）電動汽車制動能量的回收1.制動模式（1）緊急制動。配合機械制動，增大制動力度，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)最合理的制動偏重分配。（2）中輕度制動。代替機械制動產生制動力，使車輛平穩(wěn)減速，提高乘員的舒適度?；厥盏碾娔茉陔娙萜髦袃Υ鏉M后開始向電池充電。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)（3）長時間減速制動。在下坡或長時間滑行時長時持續(xù)地為電池充電，除了達到輕度制動的作用外。此功能可被廣泛應用于山區(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器的負擔，避免制動時間過長而引起的熱衰退造成的制動力不足甚至制動失靈。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)2.制動能量回收的約束條件實用的能量回收系統(tǒng)應滿足以下要求：（1）滿足制動的安全要求，符合駕駛員的制動習慣。（2）考慮驅動電機的發(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間。（3）能量回收停止時電機的轉速及與此相對應的充電電流值。任務三熟知新能源汽車能量管理與回收系統(tǒng)3.制動能量回收控制算法功效的評價以初始速度為60km/h的電制動典型過程為例，經仿真計算可得，回收能量占車體總動能的65.4％，其余的34.6％為機械制動和電制動過程中的損耗。以我國轎車循環(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)主要由動力蓄電池、DC/DC轉換器、電機、車輪組成