DEFENSE新能源汽車節(jié)能技術(shù)第四章

能量回收

目錄contents壹貳叁PPT下載/xiazai/新能源汽車能量回收的

基本原理和方法制動能量回收技術(shù)振動能量回收技術(shù)壹新能源汽車能量回收的基本原理和方法Adesignercanusedefaulttexttosimulatewhattextwouldlooklike.Itlooksevenbetterwithyouusingthistext.新能源汽車能量回收的基本原理和方法能量回收的定義:

新能源汽車能量回收系統(tǒng)是指在汽車行駛和制動過程中，將車輛慣性能量、制動能量或者振動能量轉(zhuǎn)化為電能存儲在電池中，以提高車輛的能量利用效率和續(xù)航里程。根據(jù)能量回收的方式，能量回收系統(tǒng)可以分為動能回收系統(tǒng)、熱能回收系統(tǒng)和振動能量回收系統(tǒng)三種。動能回收是將車輛行駛過程中的慣性能量轉(zhuǎn)化為電能并存儲在電池中；振動能量回收是將車輛行駛時產(chǎn)生的振動來轉(zhuǎn)換成電能存儲在電池中；熱能回收則是將車輛制動時產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能并存儲在電池中。能量回收的基本原理:

能量回收系統(tǒng)的基本原理是將車輛慣性能量、制動能量或者振動能量轉(zhuǎn)化為電能并存儲在電池中，以提高車輛的能量利用效率，延長車輛續(xù)航里程。不同的能量回收系統(tǒng)具有不同的實現(xiàn)方式和應(yīng)用場景，需要根據(jù)實際情況進行選擇。壹新能源汽車能量回收的方法動能能量回收（慣性能量回收）利用利用車輛在行駛過程中由于慣性而保持的速度和能量進行回收。振動能量回收熱能回收振動能量轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)熱能回收是指將原本廢棄的熱量進行回收利用，再次轉(zhuǎn)化為可利用的熱能

在新能源汽車中，能量的回收主要是制動能量回收和振動能量回收，接下來主要介紹這兩種能量回收技術(shù)。再生制動（制動能量回收）踩下制動踏板時，車輛開始減速并釋放出大量動能。再生制動技術(shù)會將這些動能轉(zhuǎn)化為電能并儲存到電池中。貳制動能量回收技術(shù)Adesignercanusedefaulttexttosimulatewhattextwouldlooklike.Itlooksevenbetterwithyouusingthistext.壹貳叁PPT下載/xiazai/制動能量回收對新能源汽車節(jié)能的作用貳制動能量回收的形式制動能量回收系統(tǒng)壹制動器——制動器作用：給車輪施加一個阻止其轉(zhuǎn)動的力矩，達到減速直至停車的目的。分類：一般分為鼓式制動器和盤式制動器兩種。特點：（1）鼓式制動器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，廣泛用于后輪制動系統(tǒng)、中小排量的摩托車上；

（2）盤式制動器的制動扭矩大，散熱性和制動穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，用于前輪制動系統(tǒng)壹制動器——盤式制動器與鼓式制動器性能比較優(yōu)點：（1）熱穩(wěn)定性好，而鼓式制動器有機械衰退；（2）水穩(wěn)定性好，泥水易被甩離制動盤；（3）制動力矩與車輛運動方向無關(guān)；（4）尺寸小、質(zhì)量小、背散熱良好；（5）壓力分布均勻，襯塊磨損均勻；（6）更換襯塊簡單容易；（7）制動力矩大，協(xié)調(diào)時間短；（8）號易于實現(xiàn)間隙自動調(diào)整；（9）易構(gòu)成雙回路系統(tǒng)，可靠、安全(汽車)。壹制動器——盤式制動器與鼓式制動器性能比較缺點：（1）難于避免雜物沾到工作表面；（2）兼作駐車制動器時，驅(qū)動機構(gòu)復(fù)雜；（3）在制動驅(qū)動機構(gòu)中需裝助力器；（4）襯塊工作面積小，磨損快，壽命低。壹制動能量回收對新能源汽車節(jié)能的作用①制動過程中不能將車輛行駛所具有的能量回收，而是將這部分動能通過摩擦轉(zhuǎn)換成熱能的形式消耗，降低了車輛的能量利用率。②車輛頻繁制動或連續(xù)較長時間制動時，制動副表面會產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致制動效果降低甚至失效，降低制動時的安全性。③在車輛行駛中頻繁制動，加劇了車輪和摩擦片的磨損，需要經(jīng)常更換，增加了車輛的維修保養(yǎng)費用。

傳統(tǒng)汽車的制動是通過制動盤與制動鉗或制動鼓與制動蹄之間的摩擦力來實現(xiàn)汽車的減速。在此過程中，整車動能或勢能通過摩擦以熱量的形式消耗，造成大量的能量浪費。新能源汽車制動能量收回，又稱能量再生制動（簡稱再生制動），是指在車輛減速或制動時，使驅(qū)動電機工作于發(fā)電機工況，將車輛的一部分慣性動能轉(zhuǎn)化為電能并回饋至電源的過程。以摩擦原理工作的車輛制動裝置，存在如下缺點：制動能量回收對新能源汽車節(jié)能的作用壹汽車制動時的行駛阻力包括制動器產(chǎn)生的車輪與地面之間的制動力、空氣阻力和滾動阻力。在城市循環(huán)工況中，車速較低，空氣阻力和輪胎滾動阻力對車輛制動的作用較小，車輛制動主要依靠制動器產(chǎn)生的制動力，實現(xiàn)停車或減速作用。圖4-1給出了各種制動因素的比例關(guān)系?？梢钥闯觯褐苿又兄苿悠飨牡膽T性能量約占91%，輪胎和空氣因素只占9%。其中消耗在制動器上的慣性能量是可以進行回收的。制動能量回收對新能源汽車節(jié)能的作用圖4-2是幾種典型的城市循環(huán)工況，UDDS是美國城市動態(tài)驅(qū)動工況，ECE+EUDC為歐洲城市低速+城郊高速工況。日本1015代表日本道路工況?？梢钥闯?，在典型城市循環(huán)工況下，由于交通擁擠，車速不高且經(jīng)常變化，需要車輛頻繁起動和制動，造成大部分驅(qū)動能量在制動過程中以摩擦生熱的形式消耗，使得汽車能量效率低下，同時加速制動器的磨損。制動能量回收對新能源汽車節(jié)能的作用壹制動能量回收對新能源汽車節(jié)能的作用——制動中的能量損耗壹

汽車在制動期間，消耗了較多的能量。例如，將1500kg車輛從100km/h車速制動到零車速，在幾十米距離內(nèi)約消耗了0.16kW·h的能量。如果能量消耗在僅克服阻力（滾動阻力和空氣阻力）而沒有制動的慣性滑行中，則該車輛將行駛約2km，如圖所示。制動能量回收對新能源汽車節(jié)能的作用——制動中的能量損耗壹圖展示了不同城市公交車工況的比例。表8-2列出了在不同的行駛工況下，1500kg客車的最高車速、平均車速、驅(qū)動輪上的總牽引能量，以及每100km行程因阻力和制動所消耗的總能量。制動能量回收對新能源汽車節(jié)能的作用——制動中的能量損耗壹圖展示了不同城市公交車工況的比例。表8-2列出了在不同的行駛工況下，1500kg客車的最高車速、平均車速、驅(qū)動輪上的總牽引能量，以及每100km行程因阻力和制動所消耗的總能量。在典型城市循環(huán)工況下，制動能量占總驅(qū)動能量的30%~50%，由于交通擁擠，車速不高且經(jīng)常變化，需要車輛頻繁起動和制動，造成大部分驅(qū)動能量在制動過程中以摩擦生熱的形式消耗，汽車效率低下，同時加速制動器磨損嚴重。為此，如果能通過再生制動回收一部分被摩擦制動消耗的制動能量，將提高整車的能量效率。城市工況下，有效回收制動能量，可使電動汽車的續(xù)航里程延長10%-30%。制動能量回收對新能源汽車節(jié)能的作用制動消耗比例(%)制動消耗(kJ)風(fēng)阻消耗(kJ)滾阻消耗(kJ)典型循環(huán)工況326612日本J101512251762美國UDDS186585歐洲ECE5301130中國城市工況典型城市工況汽車制動能量消耗占比44404644動能

熱能74920266571287制動能量回收節(jié)能潛力巨大制動能量回收的形式

制動能量回收是新能源汽車領(lǐng)域中的一項關(guān)鍵技術(shù)，其實現(xiàn)方式主要包括飛輪蓄能、液壓蓄能以及蓄電池儲能三大類。每種技術(shù)均展現(xiàn)了其獨特的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)，共同推動著該領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。飛輪蓄能技術(shù)，以其高速旋轉(zhuǎn)的飛輪作為能量存儲介質(zhì)，展現(xiàn)了高能量密度、大容量儲能及快速響應(yīng)等顯著優(yōu)勢。液壓蓄能技術(shù)，則是通過將制動過程中產(chǎn)生的車身動能轉(zhuǎn)化為液壓能儲存于液壓缸內(nèi)，隨后通過復(fù)雜的液壓系統(tǒng)實現(xiàn)能量的再轉(zhuǎn)化與利用。該技術(shù)同樣具備高能量密度和大容量儲能的優(yōu)點，但其系統(tǒng)的復(fù)雜性以及維護成本，限制了其更廣泛的應(yīng)用范圍。蓄電池儲能技術(shù)，作為當(dāng)前最為常見的制動能量回收方式，憑借其技術(shù)成熟度高、成本相對較低及高可靠性的特點，在新能源汽車市場中占據(jù)了重要地位

制動能量回收的形式飛輪蓄能：飛輪蓄能是機械蓄能的一種形式，它以慣性能（動能）的方式，將能量儲存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪中。如圖4-3所示，當(dāng)車輛制動時，飛輪蓄能系統(tǒng)帶動飛輪加速，將車身的慣性動能化為飛輪的旋轉(zhuǎn)動能；當(dāng)車輛起動或加速時，飛輪減速，釋放其旋轉(zhuǎn)動能給車身。按構(gòu)成材料的不同，飛輪主要有兩種：金屬制飛輪與超級飛輪。金屬制飛輪以鋼制飛輪為主，能量密度(單位飛輪重量儲存的最大能量)較低，但其價格實惠，易于加工，在傳動系中易于連接，應(yīng)用廣泛。超級飛輪的比強度(抗拉強度/密度)比金屬制飛輪高10倍，轉(zhuǎn)速非?？?，目前最高轉(zhuǎn)速達78000rpm，但成本較高。

目前該方面的前沿研究是飛輪軸承采用高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，利用永磁鐵的磁通被超導(dǎo)體阻擋所產(chǎn)生的排斥力使飛輪處于懸浮狀態(tài)。設(shè)計飛輪時，既要考慮本身強度，又需注意系統(tǒng)的共振及穩(wěn)定性。飛輪儲能附加重量較輕、成本低，但技術(shù)難度大，節(jié)油效果不如液壓蓄能。

制動能量回收的形式飛輪蓄能：飛輪儲能是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來儲存和釋放能量，其基本工作原理是：當(dāng)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(zhuǎn)換為飛輪高速旋轉(zhuǎn)的動能；當(dāng)車輛再次起動或加速時，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪又將存儲的動能通過傳動裝置轉(zhuǎn)化為車輛行駛的驅(qū)動力。制動能量回收的形式液壓蓄能：液壓蓄能以液壓能的方式儲存能量。如圖4-4所示，系統(tǒng)由一個具有可逆作用的泵/馬達實現(xiàn)蓄能器中的液壓能與車輛動能之間的轉(zhuǎn)化，即在車輛制動時，蓄能系統(tǒng)由高壓蓄能器、液壓泵/馬達和低壓油箱組成的液壓儲能制動能量再生系統(tǒng)，在車輛制動減速過程吸收制動動能，在起步加速過程利用所儲存的液壓能驅(qū)動車輛達到一定的速度之后，再啟動電動機，從而避免動力電池組的大電流及大電流波動工況的出現(xiàn)，達到延長鋰離子動力蓄電池組的使用壽命，降低整車壽命范圍內(nèi)的使用成本。1-發(fā)動機；2-液壓泵；3-聯(lián)合變速器；4-大齒輪；5-液控離合器；6-傳動軸；7-驅(qū)動橋；8-離合器控制閥；9-液壓油箱；10-液壓儲能器；11-小齒輪；12-液壓控制系統(tǒng)制動能量回收的形式液壓蓄能：工作原理是：先將車輛在制動或減速過程中的動能轉(zhuǎn)換成液壓能，并將液壓能儲藏在液壓儲能器中；當(dāng)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(qū)動力。制動能量回收的形式動力電池儲能:蓄電池儲能技術(shù)作為電動汽車能量管理的核心，通過電化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)能量的儲存與轉(zhuǎn)換，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。系統(tǒng)以具有可逆作用的發(fā)電機/電動機實現(xiàn)蓄電池中的電能和車輛動能的轉(zhuǎn)化。蓄電池以電能的形式儲存能量，這一過程基于電化學(xué)原理，即通過在正負極之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能儲存起來。當(dāng)電動汽車需要能量時，這些儲存的電能又能通過逆向的電化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為可供車輛使用的電能。如圖4-3所示，在車輛制動時，發(fā)電機/電動機以發(fā)電機形式工作，車輛行駛的動能帶動發(fā)電機，將車輛動能轉(zhuǎn)化為電能并儲存在蓄電池中。在車輛起動或加速時，車輛以電動機形式工作，將儲存在蓄電池中的電能轉(zhuǎn)化為機械能供給車輛。1-蓄電池；2-車輪；3-制動系統(tǒng)；4-制動踏板；5-電磁離合器；6-半軸；7-驅(qū)動輪；8-驅(qū)動橋；9-變速器；10-發(fā)動機；11-從動齒輪；12-從動齒輪軸；13-飛輪；14-發(fā)電機；15-整流器圖4-5動力電池儲能系統(tǒng)示意圖制動能量回收的形式動力電池儲能: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(zhuǎn)化為電能并以化學(xué)能的形式存儲在儲能器中；當(dāng)車輛需要起動或加速時，再將存儲器中的化學(xué)能通過電動機轉(zhuǎn)化為車輛行駛的動能。電動汽車制動模式系統(tǒng)——汽車的制動要求及電動汽車的復(fù)合制動1.

汽車的制動要求一方面，在緊急制動狀態(tài)下，必須有足夠的制動力，能使汽車在最短可能的距離中停止；另一方面，必須滿足汽車的操控穩(wěn)定性要求，即要保證駕駛?cè)藢ζ嚪较虻目刂?，不能失控。操縱性---指汽車能正確地響應(yīng)駕駛員的操縱指令（轉(zhuǎn)向或直行）的能力；穩(wěn)定性---指汽車在行駛過程中具有抵抗外界干擾，保持穩(wěn)定行駛的能力。電動汽車制動模式系統(tǒng)——汽車的制動要求及電動汽車的復(fù)合制動2.

汽車的制動性能1、車輪的運動與受力未制動時汽車在平地上以車速ua行駛時，車輪以角速度ωW轉(zhuǎn)動。開始制動時車輪受到制動器的制動力矩Mμ的作用而有停止轉(zhuǎn)動的趨勢。汽車的慣性力通過車架、車橋以推力T的形式傳到車輪，將使輪心繼續(xù)以ua的速度向前運動，從而使車輪在接地點處相對路面向前滑移。因此汽車制動的過程是車輪從滾動到抱死拖滑的一個漸變過程。電動汽車制動模式系統(tǒng)——汽車的制動要求及電動汽車的復(fù)合制動2.

汽車的制動性能1、制動時車輪的運動與受力制動器的制動力矩Mμ將在車輪邊緣產(chǎn)生一個對地面的切向力F0，F(xiàn)0=Mμ/r隨之而產(chǎn)生的地面對車輪的反作用力FXb就是地面制動力。車輪尚未完全抱死，仍在滾動時的地面制動力就等于制動器制動力，且隨著踏板力的增長成比例地增長。電動汽車制動模式系統(tǒng)——汽車的制動要求及電動汽車的復(fù)合制動2.

汽車的制動性能前輪先抱死而側(cè)滑時汽車的運動狀況后輪先抱死而側(cè)滑時汽車的運動狀況電動汽車制動模式系統(tǒng)——汽車的制動要求及電動汽車的復(fù)合制動3.

汽車制動性的評價指標(biāo)轎車制動規(guī)范制動效能的恒定性制動器頻繁工作溫度會升高，進而引起制動效能的降低這就是制動器的熱衰退現(xiàn)象。評價制動器抵御熱衰退性能的指標(biāo)，一般用連續(xù)制動時制動效能指標(biāo)占冷制動時對應(yīng)指標(biāo)的百分比來表示。ISO/DIS6597推薦：在一定車速和踏板力下連續(xù)制動15次，每次的制動減速度為3m/s2,最后制動效能應(yīng)不低于冷制動時最大制動減速度5.8m/s2的60%。電動汽車制動模式系統(tǒng)——汽車的制動要求及電動汽車的復(fù)合制動3.

汽車制動性的評價指標(biāo)制動時汽車的方向穩(wěn)定性汽車在制動過程中維持原行駛方向，不發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力的性能，稱為汽車制動時汽車的方向穩(wěn)定性。制動跑偏——汽車制動時未按原定方向行駛，而向左或右偏駛側(cè)滑——汽車制動時某一軸車輪或兩軸的車輪發(fā)生橫向滑動的現(xiàn)象側(cè)滑是由于車輪抱死后拖滑，側(cè)向附著系數(shù)為0，無法抵抗側(cè)向干擾力而造成的。汽車制動時車輪抱死對制動穩(wěn)定性不利，現(xiàn)代汽車，尤其是轎車多數(shù)都采用防抱死裝置ABS（Anti-blockingBrakesystem）。而對于沒裝防抱死裝置的汽車在設(shè)計時通過合理分配前后制動器制動力的比例，盡可能使前后車輪同時抱死或使前輪先于后輪抱死，甚至使后輪在制動過程中總不抱死。制動能量回收系統(tǒng)

當(dāng)車輛制動或慣性滑行時，發(fā)電機將車輛的多余動能轉(zhuǎn)化為電能，并將其儲存在動力電池中。這個過程是可逆的，實現(xiàn)了能量的有效轉(zhuǎn)化和儲存，提高了能源的利用率。在車輛需要加速或啟動時，儲存在蓄電池中的電能就可以被釋放，通過電動機轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動車輛前進。作為系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換裝置的制動電機是實現(xiàn)制動能量回收的最關(guān)鍵部件之一，開關(guān)磁阻電機（SRM）結(jié)構(gòu)簡單、成本低、容錯能力強、起動性能好、沒有電流沖擊、效率高、調(diào)速范圍寬，具有良好的四象限工作狀態(tài)，被認為是電動汽車及混合動力電動汽車中的一種最具潛力的驅(qū)動方式之一，可獲得更高的動靜態(tài)性能。制動能量回收系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油汽車相同，電動汽車的ABS及其控制閥的作用是產(chǎn)生最大制動力。如圖4-6所示，在制動過程中，駕駛員踩下制動踏板后，電泵使制動液增壓產(chǎn)生制動力，制動控制與電機控制協(xié)同工作，確定電動汽車上的再生制動力矩和前后輪上的液壓制動力。再生制動時，再生制動控制回收再生制動能量，且反充到蓄電池中。圖4-6電動汽車能量再生系統(tǒng)2.電動汽車的復(fù)合制動電動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，其中的回饋發(fā)電制動（即再生制動）就是制動能量回收的最有效方法。另一方面，從電動汽車的角度來看，再生制動產(chǎn)生的制動力矩通常不能像傳統(tǒng)燃油車中的制動系統(tǒng)一樣提供足夠的制動減速度。圖示了再生制動與機械摩擦制動結(jié)合的復(fù)合制動系統(tǒng)情況。8.3.2電動汽車的制動模式1．急剎車

急剎車對應(yīng)于制動減速度大于2m／s2的過程。2．中輕度剎車

中輕度剎車對應(yīng)于汽車在正常工況下的制動過程，可分為減速過程與停止過程。3．汽車下長坡時的剎車

汽車下長坡一般發(fā)生在盤山公路下緩坡時。在制動力要求不大時，可完全由電剎車提供。其充電特點表現(xiàn)為回饋電流較小但充電時間較長。限制因素主要為電池的電荷狀態(tài)和接受能力。8.3.3電動汽車制動能力收回要求

(1)滿足制動的安全要求，符合駕駛時的制動習(xí)慣

(2)考慮驅(qū)動電動機的發(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

由以上分析可發(fā)現(xiàn)電動汽車制動能量的回收約束條件為：①根據(jù)電池放電深度，即電池的荷電狀態(tài)SOC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能量回收停止時電動機轉(zhuǎn)速，以及與此相對應(yīng)的充電電流值。8.4前后輪的制動功率和制動能量8.4.1電動汽車制動力的分類通常有再生制動的電動汽車還存在機械制動系統(tǒng)，其制動系統(tǒng)是機械和再生制動（電制動）的復(fù)合。它們之間的分配比例關(guān)系可以用圖來表示，這只是一種三者之間的分配關(guān)系，目的是保持最大的再生制動力矩的同時為駕駛?cè)颂峁┡c燃油車相同的制動感。

這一實例的參數(shù)為L=2.7m，La=0.4L，Lb=0.6L和hg=0.55m。從圖中可以看出：1）前輪消耗約65%的總制動功率和能量，因此，若僅在一個軸上實施再生制動，則在前輪上的再生制動比后輪上的再生制動將更為有效。

2）在車速小于50km/h的范圍內(nèi)，制動力幾乎為一恒值，且當(dāng)車速大于40km/h時，其值減小。3）從汽車理論知識可知，如果前輪先于后輪抱死，雖然失去了轉(zhuǎn)向能力，但整車還是穩(wěn)定的；如果后輪先于前輪抱死，將導(dǎo)致整車失去控制，極易發(fā)生嚴重交通事故。制動能量回收的控制策略再生制動控制策略的研究是制動能量回收技術(shù)研究領(lǐng)域的核心，以提高整車經(jīng)濟性為目標(biāo)，解決電機制動力與液壓制動力的分配問題。再生制動系統(tǒng)的優(yōu)劣很大程度上取決于控制策略的優(yōu)劣。再生制動控制策的研究要兼顧制動過程的安全性、制動能量回收效果、制動協(xié)調(diào)兼容性等重要方面。在充分保證制動安全的基礎(chǔ)上，從車輛硬件參數(shù)（電機、電池以及功率轉(zhuǎn)換器的控制）、傳動裝置布置形式、駕駛員制動意圖、車輛運行狀態(tài)以及能量回收效率等方面考慮。目前再生制動控制策略的發(fā)展，有早前基于規(guī)則的制動控制分配研究，在制動安全法規(guī)限制下，結(jié)合電機、電池性能、車輛狀態(tài)等參數(shù)對機電制動力進行分配與優(yōu)化；又有后續(xù)研究者利用優(yōu)化算法對機電制動力的最佳分配方式進行研究。。目前對于控制策略的研究主要基于以下兩個方面：一是關(guān)鍵部件的控制策略，尋求電機繞組電流的最優(yōu)控制，實現(xiàn)電流充分回收，例如最大再生回饋功率制動、最大再生回饋效率制動、恒值電流制動等；二是制動時候的整車控制，即保證良好的整車制動穩(wěn)定性和平順性的前提下，合理地增加再生制動力矩在整車制動力矩中的比例以提高能量回收效率。電動汽車的再生制動給制動系統(tǒng)的設(shè)計添加了一些復(fù)雜性，呈現(xiàn)出兩個基本問題：一是如何在再生制動和機械摩擦制動之間分配所需的總制動力，以回收盡可能多的車輛的動能；二是如何在前后輪軸上分配總制動力，以實現(xiàn)穩(wěn)定的制動狀態(tài)。8.5.2電動汽車制動能量回收系統(tǒng)的原理電動汽車的制動過程是由液壓摩擦制動與電機再生制動協(xié)調(diào)作用完成的。再生制動系統(tǒng)主要是由輪轂電機、電機控制器、逆變器、制動控制器和動力蓄電池等主要部件組成。制動能量回收的實現(xiàn)過程如下：1）在制動開始時，能量管理系統(tǒng)將動力蓄電池SOC值發(fā)送給制動控制器，當(dāng)SOC>0.8時，取消能量回收；當(dāng)0.7≤SOC≤0.8時，制動能量回收受電池允許的最大充電電流制約；當(dāng)SOC<0.7時，制動能量回收不受電池允許的最大充電電流制約。2）制動控制器接收由壓力傳感器傳送的主缸壓力信號，并計算出需求的電機再生制動強度上限。3）制動控制器根據(jù)電動機轉(zhuǎn)速，計算電機實際能夠提供的制動強度。4）比較需求的電機再生制動強度上限和電機實際能夠提供的制動強度，并將結(jié)果作為電信號發(fā)送給電機控制器。5）此時的電動機工作在發(fā)電機狀態(tài)下，可以提供電壓恒定流向的電流，再通過逆變器限制電機產(chǎn)生的最高電壓和對電壓進行升壓，以便滿足電流輸出要求，充到動力蓄電池組中。6）為了保護電池，能量管理系統(tǒng)需要時刻監(jiān)測電池溫度，溫度過高則停止制動能量回收。制動能量回收系統(tǒng)1.并行再生制動控制策略并行控制策略，是指在不改變傳統(tǒng)汽車制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入一個制動電機也就是電動汽車的驅(qū)動電機作為制動力矩來源，通過反拖電機發(fā)電進行制動能量回收。并行制動系統(tǒng)的驅(qū)動軸在制動時采用機械制動系統(tǒng)與再生制動系統(tǒng)聯(lián)合制動，非驅(qū)動軸僅采用傳統(tǒng)的機械制動。圖為并行再生制動控制策略：①制動強度z<0.1時，機械制動系統(tǒng)不工作，僅電機制動單獨工作，前后軸制動力分配如圖3-27中線段OA所示。②制動強度0.1<z<0.7時，電機制動和機械制動系統(tǒng)聯(lián)合制動，前后軸制動力分配如圖3-27中線段ABC所示。③制動強度z>0.7時，認為是緊急制動，僅機械制動系統(tǒng)工作，前后軸制動力分配如圖3-27中線段CD所示。制動能量回收系統(tǒng)2.理想制動力回收控制策略制動能量回收的理想制動力回收控制策略是一種通過精確控制前后輪制動力，以實現(xiàn)最優(yōu)能量回收和制動性能的控制策略。理想制動力回收控制策略如圖所示。其控制目標(biāo)是在保證車輛具有最佳前后制動力分配（最佳制動性能）的前提下盡可能多地回收制動能量。制動能量回收系統(tǒng)3.最大制動能量回收控制策略最大制動能量回收控制策略的核心思想是在制動過程中，盡可能多地回收制動能量。這種策略主要適用于電動汽車和混合動力汽車等能夠利用再生制動的車型。最大制動能量回收控制策略如圖4-9所示。在不同路面條件下的控制策略如下：4制動能量回收系統(tǒng)的評價方法能量經(jīng)濟性制動能量回收效率能量經(jīng)濟性貢獻率舒適性沖擊度可靠性與耐久性安全性確保整車壽命范圍內(nèi)系統(tǒng)的可靠性與耐久性行車制動安全、制動能量回收系統(tǒng)失效保護制動踏板波動度影響因素：駕駛條件、電池特性、電機特性等新能源汽車制動能量回收的主要影響因素

新能源汽車能夠回收的制動能量受車輛自身結(jié)構(gòu)和部件的硬性約束，如驅(qū)動系統(tǒng)布置形式、電池SOC狀態(tài)、儲能裝置、電機性能等。此外，還受能量傳遞過程的制動控制策略以及汽車行駛工況等多種因素的影響。其幾種主要的影響因素如下：驅(qū)動系統(tǒng)布置形式電池SOC狀態(tài)儲能裝置電機性能控制策略,行駛工況5制動能量回收的實際應(yīng)用效果實際應(yīng)用案例：

“單踏板駕駛（single-pedaldriving）”寶馬i3、日產(chǎn)Leaf、奧迪e-tron、比亞迪唐、北汽新能源EU5、北京現(xiàn)代……TeslaModel：城市道路，制動能量回收率約60-70%；高速公路，制動能量回收率可達30%。制動力控制由于制動過程中涉及到多種因素，如車輛的重量、速度、道路條件等，因此要準確控制制動力是非常困難的制動穩(wěn)定性。由于制動能量回收系統(tǒng)是通過電機的反轉(zhuǎn)來產(chǎn)生制動力，因此其制動穩(wěn)定性受到電機性能和電池狀態(tài)等因素的影響。能量回收效率。雖然制動能量回收系統(tǒng)可以回收一部分車輛動能并轉(zhuǎn)化為電能儲存到電池中，但是其能量回收效率受到多種因素的影響，如車輛速度、道路條件、電池容量等。與汽車其他系統(tǒng)匹配協(xié)調(diào)。目前汽車的電控單元越來越多，加入再生制動電控單元后，如何與其他單元更和諧地工作，特別是與ABS、傳統(tǒng)制動系統(tǒng)、汽車減振系統(tǒng)以及電機控制系統(tǒng)的匹配問題。制動能量回收系統(tǒng)的發(fā)展再生制動系統(tǒng)的發(fā)展面臨多個關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括與汽車其他系統(tǒng)的匹配協(xié)調(diào)、能量回收效率、技術(shù)融合以及底盤集成控制等。為確保系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行，需要推動行業(yè)標(biāo)準的制定與統(tǒng)一，采用如CAN總線等先進通信技術(shù)提升通信效率與可靠性。叁振動能量回收技術(shù)Adesignercanusedefaulttexttosimulatewhattextwouldlooklike.Itlooksevenbetterwithyouusingthistext.壓電與饋能式能量回收1.壓電式振動能量回收2.饋能式減振器振動能量回收

在饋能式減振器研究方面，1990年日產(chǎn)公司最早開發(fā)出一種新型蓄能式減振器來抑制振動，減振器的性能與半主動懸架接近，采用壓力控制閥與小型蓄能器和液壓缸相結(jié)合，路面不平導(dǎo)致的振動能量被蓄能器吸收，車身隔振由液力系統(tǒng)的主動阻尼和被動阻尼共同完成。1999年Nakano提出一種自供電式主動控制，由底盤前懸架上的電動機執(zhí)行器回收振動能量并存儲于動力電池內(nèi)，供給座艙后懸架電機執(zhí)行器，實現(xiàn)主動控制。自1880年壓電效應(yīng)被首次發(fā)現(xiàn)以來，人類在壓電研究方面已取得了顯著的進展。1995年，美國新澤西州普林斯頓海洋動力技術(shù)公司的科學(xué)家們成功試制出了1至10千瓦的海浪壓電發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用浮體隨海浪上下浮動時，錨鏈內(nèi)的壓電聚合物不斷被拉伸和放松的原理，產(chǎn)生低頻高壓電。該系統(tǒng)的發(fā)電成本僅為每度電1至3美分，且使用壽命長達20年。汽車減振器消耗的能量由于路面的不平激勵，汽車在行駛中車身相對于車輪或車軸產(chǎn)生持續(xù)的相對運動。懸架中的彈簧起緩沖作用，是儲能元件。為衰減這種振動，汽車懸架中需要安裝減振器，減振器起衰減振動的作用，是阻尼元件，消耗振動能量并轉(zhuǎn)換為熱能釋放到空氣中。實際上，懸架中各桿系的連接球鉸或橡膠襯套都具有一定的阻尼作用，但與減振器的阻尼作用相比可以忽略，因此常通過減振器進行振動能量回收。傳統(tǒng)的液壓減振器通過小孔節(jié)流作用，衰減車身和車輪的振動能量。在惡劣的路面條件下，比如越野車輛，減振器需要衰減較多的振動機械能，其溫度可以達到100℃以上。過高的溫度將使密封件失效，造成減振液泄漏，甚至縮短減振器的壽命。過高的溫度還使油液的黏度也發(fā)生較大變化，導(dǎo)致減振器的外特性畸變、產(chǎn)生沖擊和噪聲。減振器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖4-10所示，減振器衰減振動能量主要通過伸張閥和壓縮閥的小孔節(jié)流作用，即油液分子與小孔的孔壁及油液分子之間產(chǎn)生的摩擦力形成減振器的阻尼，這種節(jié)流方式造成減振器發(fā)熱。補償閥在復(fù)原行程打開進行補償，預(yù)防外特性畸變。油液補償主要通過上、下腔的壓差進行，存在一定的后，會產(chǎn)生空程現(xiàn)象。汽車減振器消耗的能量振動能量的計算過程分為伸張和壓縮兩部分。設(shè)活塞桿的面積為Ag，活塞面積為Ah，伸張閥常通孔的面積為As0，底閥上壓縮閥的常通孔面積為Ay0，伸張閥、補償閥、壓縮閥及流通閥各閥片撓曲變形產(chǎn)生的環(huán)形間隙面積為A1、A2、A3、A4，Ai=2παωi，i=1、2、3、4，ωi為運用大撓曲變形理論求得的各閥片外邊緣的撓曲變形，a為片外徑。當(dāng)車輪相對于車身以速度，向下運動時，減振器處于伸張行程，油液由活塞上腔進入下腔的流量Q11、由補償室進入下腔的流量Q12及伸張時的阻尼力Fs。有如下的關(guān)系式：式中，p1、p2、p3分別為上腔、下腔、補償室的壓力。減振器在伸張過程中，伸張閥和補償閥動作，閥的工作可以劃分為三個階段：開閥前/閥部分打開和閥全開。伸張閥未開時，液流通過伸張閥的常通孔，屬于薄壁小孔節(jié)流，其流量為汽車減振器消耗的能量油液通過補償閥進入活塞下室的流量為：聯(lián)立可解得：式