新能源汽車概論5

1、 第 1 頁5.1 電動汽車能量管理系統(tǒng)電動汽車能量管理系統(tǒng)5.1.1 電池管理系統(tǒng)的功能電池管理系統(tǒng)的功能5.1.2 純電動汽車能量管理系統(tǒng)純電動汽車能量管理系統(tǒng)5.1.3 混合動力電動汽車能量管理系統(tǒng)混合動力電動汽車能量管理系統(tǒng)5.2 電動汽車再生制動能量回收系統(tǒng)電動汽車再生制動能量回收系統(tǒng)5.2.1制動能量回收的方法和類型制動能量回收的方法和類型5.2.2電動汽車的制動能量回收系統(tǒng)電動汽車的制動能量回收系統(tǒng) 第 2 頁能量管理系統(tǒng)在電動汽車中非常重要，它由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，能量管理系統(tǒng)在電動汽車中非常重要，它由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，如圖所示。能量管理系統(tǒng)具有從電動汽車各子系統(tǒng)采集

2、運行數(shù)據(jù)，控制完如圖所示。能量管理系統(tǒng)具有從電動汽車各子系統(tǒng)采集運行數(shù)據(jù)，控制完成電池的充電、顯示蓄電池的荷電狀態(tài)成電池的充電、顯示蓄電池的荷電狀態(tài)(SOC)、預測剩余行駛里程、監(jiān)控、預測剩余行駛里程、監(jiān)控電池的狀態(tài)、調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度、調(diào)節(jié)車燈亮度以及回收再生制動能量為蓄電電池的狀態(tài)、調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度、調(diào)節(jié)車燈亮度以及回收再生制動能量為蓄電池充電等功能。能量管理系統(tǒng)中最主要的是電池管理系統(tǒng)。池充電等功能。能量管理系統(tǒng)中最主要的是電池管理系統(tǒng)。 第 3 頁電池管理系統(tǒng)是集監(jiān)測、控制與管理為一體的復雜的電氣測控系統(tǒng)，也電池管理系統(tǒng)是集監(jiān)測、控制與管理為一體的復雜的電氣測控系統(tǒng)，也是電動汽車商品化、實用化的

3、關鍵。電池管理的核心問題就是是電動汽車商品化、實用化的關鍵。電池管理的核心問題就是SOC的預估的預估問題，電動汽車電池操作窗問題，電動汽車電池操作窗SOC的合理范圍是的合理范圍是3070%，這對保證電池壽，這對保證電池壽命和整體的能量效率至關重要。命和整體的能量效率至關重要。 典型的電池管理系統(tǒng)應具備如下功能：典型的電池管理系統(tǒng)應具備如下功能：（1）實時采集電池系統(tǒng)運行狀態(tài)參數(shù)。實時采集電動汽車蓄電池組中）實時采集電池系統(tǒng)運行狀態(tài)參數(shù)。實時采集電動汽車蓄電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流以及電池組總電壓等。由于電池的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流以及電池組總電壓等。由于電池組中的

4、每塊電池在使用中的性能和狀態(tài)不一致，因而對每塊電池的電壓、組中的每塊電池在使用中的性能和狀態(tài)不一致，因而對每塊電池的電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)都要進行監(jiān)測。電流和溫度數(shù)據(jù)都要進行監(jiān)測。（2）確定電池的）確定電池的SOC。準確估測動力電池組的。準確估測動力電池組的SOC，從而隨時預報電，從而隨時預報電動汽車儲能電池還剩余多少能量或儲能電池的動汽車儲能電池還剩余多少能量或儲能電池的SOC，使電池的，使電池的SOC值控值控制在制在30%70%的工作范圍。的工作范圍。 第 4 頁（3）故障診斷與報警。當蓄電池電量或能量過低需要充電時，及時報）故障診斷與報警。當蓄電池電量或能量過低需要充電時，及時報警，以防止

5、電池過放電而損害電池的使用壽命；當電池組的溫度過高，非警，以防止電池過放電而損害電池的使用壽命；當電池組的溫度過高，非正常工作時，及時報警，以保證蓄電池正常工作。正常工作時，及時報警，以保證蓄電池正常工作。（4）電池組的熱平衡管理。電池熱管理系統(tǒng)是電池管理系統(tǒng)的有機組）電池組的熱平衡管理。電池熱管理系統(tǒng)是電池管理系統(tǒng)的有機組成部分，其功能是通過風扇等冷卻系統(tǒng)和熱電阻加熱裝置使電池溫度處于成部分，其功能是通過風扇等冷卻系統(tǒng)和熱電阻加熱裝置使電池溫度處于正常工作溫度范圍內(nèi)。正常工作溫度范圍內(nèi)。（5）一致性補償。當電池之間有差異時，有一定措施進行補償，保證）一致性補償。當電池之間有差異時，有一定措施

6、進行補償，保證電池組表現(xiàn)能力更強，并有一定的手段來顯示性能不良的電池位置，以便電池組表現(xiàn)能力更強，并有一定的手段來顯示性能不良的電池位置，以便修理替換。一般采用充電補償功能。設計有旁路分流電路，以保證每個單修理替換。一般采用充電補償功能。設計有旁路分流電路，以保證每個單體都可以充滿電，這樣可以減緩電池老化的進度，延長電池的使用壽命。體都可以充滿電，這樣可以減緩電池老化的進度，延長電池的使用壽命。（6）通過總線實現(xiàn)各檢測模塊和中央處理單元的通訊。在電動汽車上）通過總線實現(xiàn)各檢測模塊和中央處理單元的通訊。在電動汽車上實現(xiàn)電池管理的難點和關鍵在于如何根據(jù)采集的每塊電池的電壓、溫度和實現(xiàn)電池管理的難點

7、和關鍵在于如何根據(jù)采集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數(shù)據(jù)，建立確定每塊電池剩余能量的較精確的數(shù)學模型，充放電電流的歷史數(shù)據(jù)，建立確定每塊電池剩余能量的較精確的數(shù)學模型，即準確估計電動汽車蓄電池的即準確估計電動汽車蓄電池的SOC狀態(tài)。狀態(tài)。 第 5 頁1.純電動汽車能量管理系統(tǒng)的組成純電動汽車能量管理系統(tǒng)的組成 純電動汽車能源管理系統(tǒng)主要由電池輸入控制器、車輛運行純電動汽車能源管理系統(tǒng)主要由電池輸入控制器、車輛運行狀態(tài)參數(shù)、車輛操縱狀態(tài)、能源管理系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)、車輛操縱狀態(tài)、能源管理系統(tǒng)ECU、電池輸出控、電池輸出控制器、電機發(fā)電機系統(tǒng)控制等組成。制器、電機發(fā)電機系統(tǒng)控制等組成。 第 6

8、 頁2.電池荷電池荷(充充)電狀態(tài)指示器電狀態(tài)指示器 電池荷電池荷(充充)電狀態(tài)指示器是能源管理系統(tǒng)的一個重要組成。電狀態(tài)指示器是能源管理系統(tǒng)的一個重要組成。電動汽車蓄電池中儲存有多少電能，還能行駛多少里程，是電動汽車蓄電池中儲存有多少電能，還能行駛多少里程，是電動汽車行駛中必須知道的重要參數(shù)。與燃油汽車的油量表電動汽車行駛中必須知道的重要參數(shù)。與燃油汽車的油量表類似的儀表就是電池荷類似的儀表就是電池荷(充充)電狀態(tài)指示器，它是能源管理系統(tǒng)電狀態(tài)指示器，它是能源管理系統(tǒng)的一個重要裝置。因此，在電動汽車中裝備滿足這一需求的的一個重要裝置。因此，在電動汽車中裝備滿足這一需求的儀表即電池荷儀表即電池

9、荷(充充)電狀態(tài)指示器。電狀態(tài)指示器。 第 7 頁電池管理系統(tǒng)是能源管理系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。蓄電池管理系電池管理系統(tǒng)是能源管理系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。蓄電池管理系統(tǒng)主要任務是保持電動汽車蓄電池性能良好，并優(yōu)化各蓄電統(tǒng)主要任務是保持電動汽車蓄電池性能良好，并優(yōu)化各蓄電池的電性能和保存、顯示測試數(shù)據(jù)等。池的電性能和保存、顯示測試數(shù)據(jù)等。目前，主要是根據(jù)實際情況，確定具體純電動汽車的電池管目前，主要是根據(jù)實際情況，確定具體純電動汽車的電池管理系統(tǒng)的功能和形式。電池管理系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)的設計和理系統(tǒng)的功能和形式。電池管理系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)的設計和軟件系統(tǒng)的設計。軟件系統(tǒng)的設計。硬件的設計取決于管理系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

10、?；疽獙崿F(xiàn)對動力硬件的設計取決于管理系統(tǒng)實現(xiàn)的功能。基本要實現(xiàn)對動力電池組的合理管理，即保證采集數(shù)據(jù)的準確性、可靠穩(wěn)定的電池組的合理管理，即保證采集數(shù)據(jù)的準確性、可靠穩(wěn)定的系統(tǒng)通信、抗干擾性。在具體實現(xiàn)過程中，根據(jù)設計要求確系統(tǒng)通信、抗干擾性。在具體實現(xiàn)過程中，根據(jù)設計要求確定需要采集動力電池組的數(shù)據(jù)類型；根據(jù)采集量以及精度要定需要采集動力電池組的數(shù)據(jù)類型；根據(jù)采集量以及精度要求確定前向通道的設計；根據(jù)通信數(shù)據(jù)量以及整車的要求選求確定前向通道的設計；根據(jù)通信數(shù)據(jù)量以及整車的要求選用合理的總線。用合理的總線。 第 8 頁圖是某電池管理系統(tǒng)的結構框圖。圖是某電池管理系統(tǒng)的結構框圖。 第 9 頁本

11、硬件系統(tǒng)是在基于本硬件系統(tǒng)是在基于ATMEGA8L單片機進行設計的。單片機進行設計的。（1） 電壓采樣的實現(xiàn)。電壓采樣是對電動汽車電池組的電電壓采樣的實現(xiàn)。電壓采樣是對電動汽車電池組的電壓進行采樣，每個電池組由壓進行采樣，每個電池組由10個單體電池構成。本系統(tǒng)中一個單體電池構成。本系統(tǒng)中一共有共有14個電池組組成電動汽車的動力電池。原理如圖所示，個電池組組成電動汽車的動力電池。原理如圖所示，每個電池為一個電池組。每個電池為一個電池組。 第 10 頁（2）電流采樣的實現(xiàn)。電流的采樣是估計電池）電流采樣的實現(xiàn)。電流的采樣是估計電池SOC的主要的主要依據(jù)。這里采用電流傳感器依據(jù)。這里采用電流傳感器L

12、T308(LEM) 其測量電路如圖所示。其測量電路如圖所示。 第 11 頁（3）溫度采樣的實現(xiàn)。溫度傳感器采用美國）溫度采樣的實現(xiàn)。溫度傳感器采用美國DALLAS公司公司繼繼DS1820之后推出的增強型單總線數(shù)字溫度傳感器之后推出的增強型單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20。溫度采集電路如圖所示。溫度采集電路如圖所示。 第 12 頁（4）抗干擾措施的設計。由于電池管理系統(tǒng)用在情況比較）抗干擾措施的設計。由于電池管理系統(tǒng)用在情況比較復雜的電動汽車上，所以干擾可以沿各種線路侵入單片機系復雜的電動汽車上，所以干擾可以沿各種線路侵入單片機系統(tǒng)。其主要的渠道有三條：即空間干擾、供電系統(tǒng)干擾、過統(tǒng)。其主要的

13、渠道有三條：即空間干擾、供電系統(tǒng)干擾、過程通道干擾。干擾對單片機系統(tǒng)的作用可以分為三個部位：程通道干擾。干擾對單片機系統(tǒng)的作用可以分為三個部位：第一個部位是輸入系統(tǒng)，干擾疊加在信號上，使數(shù)據(jù)采集誤第一個部位是輸入系統(tǒng)，干擾疊加在信號上，使數(shù)據(jù)采集誤差增大，特別在前向通道的傳感器接口是小電壓信號輸入時，差增大，特別在前向通道的傳感器接口是小電壓信號輸入時，此現(xiàn)象會更加嚴重；第二個部位是輸出系統(tǒng)，使各輸出信號此現(xiàn)象會更加嚴重；第二個部位是輸出系統(tǒng)，使各輸出信號混亂，不能正常反映單片機系統(tǒng)的真實輸出量，導致一系列混亂，不能正常反映單片機系統(tǒng)的真實輸出量，導致一系列嚴重后果；第三個部位是單片機系統(tǒng)的內(nèi)

14、核，使總線上的數(shù)嚴重后果；第三個部位是單片機系統(tǒng)的內(nèi)核，使總線上的數(shù)字信號錯亂，程序運行失常，內(nèi)部程序指針錯亂，控制狀態(tài)字信號錯亂，程序運行失常，內(nèi)部程序指針錯亂，控制狀態(tài)失靈，單片機中數(shù)據(jù)被修改，更嚴重的會導致死機，使系統(tǒng)失靈，單片機中數(shù)據(jù)被修改，更嚴重的會導致死機，使系統(tǒng)完全崩潰。完全崩潰。 第 13 頁（5）車載）車載CAN通訊設計實現(xiàn)。在電池管理系統(tǒng)中，通訊設計實現(xiàn)。在電池管理系統(tǒng)中，CAN通通訊的實現(xiàn)是由外圍設置訊的實現(xiàn)是由外圍設置CAN的控制器和接收器組成的通訊模的控制器和接收器組成的通訊模塊，它的設計如圖所示。塊，它的設計如圖所示。 第 14 頁1.串聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管

15、理策略串聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管理策略由于串聯(lián)式混合動力電動汽車的發(fā)動機與汽車行駛工況沒有直接聯(lián)系，由于串聯(lián)式混合動力電動汽車的發(fā)動機與汽車行駛工況沒有直接聯(lián)系，因此能量管理策略的主要目標是使發(fā)動機在最佳效率區(qū)和排放區(qū)工作。為因此能量管理策略的主要目標是使發(fā)動機在最佳效率區(qū)和排放區(qū)工作。為了優(yōu)化能量分配整體效率，還應考慮傳動系統(tǒng)的動力電池、發(fā)動機、電動了優(yōu)化能量分配整體效率，還應考慮傳動系統(tǒng)的動力電池、發(fā)動機、電動機和發(fā)電機等部件。串聯(lián)式混合動力電動汽車有機和發(fā)電機等部件。串聯(lián)式混合動力電動汽車有3種基本的能量管理策略。種基本的能量管理策略。 (1) 恒溫器策略。當動力電池恒溫器策略。當動

16、力電池SOC低于設定的低門限值時，啟動發(fā)動機，低于設定的低門限值時，啟動發(fā)動機，在最低油耗或排放點按恒功率模式輸出，一部分功率用于滿足車輪驅(qū)動功在最低油耗或排放點按恒功率模式輸出，一部分功率用于滿足車輪驅(qū)動功率要求，另一部分功率給動力電池充電。而當動力電池組率要求，另一部分功率給動力電池充電。而當動力電池組SOC上升到所設上升到所設定的高門限值時，發(fā)動機關閉，由電動機驅(qū)動車輛。其優(yōu)點是發(fā)動機效率定的高門限值時，發(fā)動機關閉，由電動機驅(qū)動車輛。其優(yōu)點是發(fā)動機效率高、排放低，缺點是動力電池充放電頻繁，加上發(fā)動機開關時的動態(tài)損耗，高、排放低，缺點是動力電池充放電頻繁，加上發(fā)動機開關時的動態(tài)損耗，使得系

17、統(tǒng)總體的損失功率變大，能量轉換效率較低。使得系統(tǒng)總體的損失功率變大，能量轉換效率較低。 第 15 頁(2) 功率跟蹤式策略。由發(fā)動機全程跟蹤車輛功率需求，只有在動力電池功率跟蹤式策略。由發(fā)動機全程跟蹤車輛功率需求，只有在動力電池的的SOC大于大于SOC設定上限時，且僅由動力電池提供的功率能滿足車輛需設定上限時，且僅由動力電池提供的功率能滿足車輛需求時，發(fā)動機才停機或怠速運行。由于動力電池容量小，動力電池充放電求時，發(fā)動機才停機或怠速運行。由于動力電池容量小，動力電池充放電次數(shù)減少而使得系統(tǒng)內(nèi)部損失減少。但是發(fā)動機必須在從低到高的較大負次數(shù)減少而使得系統(tǒng)內(nèi)部損失減少。但是發(fā)動機必須在從低到高的較

18、大負荷區(qū)內(nèi)運行，使得發(fā)動機效率和排放不如恒溫器策略。荷區(qū)內(nèi)運行，使得發(fā)動機效率和排放不如恒溫器策略。(3) 基本規(guī)則型策略。該策略綜合了恒溫器策略與功率跟蹤式策略兩者的基本規(guī)則型策略。該策略綜合了恒溫器策略與功率跟蹤式策略兩者的優(yōu)點，根據(jù)發(fā)動機負荷特性圖設定了高效率工作區(qū)，根據(jù)動力電池的充放優(yōu)點，根據(jù)發(fā)動機負荷特性圖設定了高效率工作區(qū)，根據(jù)動力電池的充放電特性設定了動力電池高效率的荷電狀態(tài)范圍。并設定一組控制規(guī)則，根電特性設定了動力電池高效率的荷電狀態(tài)范圍。并設定一組控制規(guī)則，根據(jù)需求功率和據(jù)需求功率和SOC進行控制，以充分利用發(fā)動機和動力電池的高效率區(qū)，進行控制，以充分利用發(fā)動機和動力電池的

19、高效率區(qū)，使其達到整體效率最高。使其達到整體效率最高。 第 16 頁2.并聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管理策略并聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管理策略 并聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管理策略基本屬于基于轉矩的控制。目并聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管理策略基本屬于基于轉矩的控制。目前主要有以下前主要有以下4類：類：(1) 靜態(tài)邏輯門限策略。該策略通過設置車速、動力電池靜態(tài)邏輯門限策略。該策略通過設置車速、動力電池SOC上下限、上下限、發(fā)動機工作轉矩等一組門限參數(shù)，限定動力系統(tǒng)各部件的工作區(qū)域，并根發(fā)動機工作轉矩等一組門限參數(shù)，限定動力系統(tǒng)各部件的工作區(qū)域，并根據(jù)車輛實時參數(shù)及預先設定的規(guī)則調(diào)整動力系統(tǒng)各部

20、件的工作狀態(tài)，以提據(jù)車輛實時參數(shù)及預先設定的規(guī)則調(diào)整動力系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)，以提高車輛整體性能。高車輛整體性能。(2) 瞬時優(yōu)化能量管理策略。瞬時優(yōu)化策略一般是采用瞬時優(yōu)化能量管理策略。瞬時優(yōu)化策略一般是采用“等效燃油消耗最等效燃油消耗最少少”法或法或“功率損失最小功率損失最小”法，二者原理類似。其中法，二者原理類似。其中“等效燃油消耗最少等效燃油消耗最少”法將電機的等效油耗與發(fā)動機的實際油耗之和定義為名義油耗，將電機的法將電機的等效油耗與發(fā)動機的實際油耗之和定義為名義油耗，將電機的能量消耗轉換為等效的發(fā)動機油耗，得到一張類似于發(fā)動機萬有特性圖的能量消耗轉換為等效的發(fā)動機油耗，得到一張類似于

21、發(fā)動機萬有特性圖的電機等效油耗圖。電機等效油耗圖。 第 17 頁 (3) 全局最優(yōu)能量管理策略。全局最優(yōu)能量管理策略是應用最優(yōu)化方法全局最優(yōu)能量管理策略。全局最優(yōu)能量管理策略是應用最優(yōu)化方法和最優(yōu)控制理論開發(fā)出來的混合動力系統(tǒng)能量分配策略，目前主要有基于和最優(yōu)控制理論開發(fā)出來的混合動力系統(tǒng)能量分配策略，目前主要有基于多目標數(shù)學規(guī)劃方法的能量管理策略、基于古典變分法的能量管理策略和多目標數(shù)學規(guī)劃方法的能量管理策略、基于古典變分法的能量管理策略和基于基于Bellman動態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略三種。動態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略三種。 (4) 模糊能量管理策略。該策略基于模糊控制方法來決策混合動力系統(tǒng)

22、模糊能量管理策略。該策略基于模糊控制方法來決策混合動力系統(tǒng)的工作模式和功率分配，將的工作模式和功率分配，將“專家專家”的知識以規(guī)則的形式輸入模糊控制器的知識以規(guī)則的形式輸入模糊控制器中，模糊控制器將車速、電池中，模糊控制器將車速、電池SOC、需求功率、需求功率/轉矩等輸入量模糊化，基轉矩等輸入量模糊化，基于設定的控制規(guī)則來完成決策，以實現(xiàn)對混合動力系統(tǒng)的合理控制，從而于設定的控制規(guī)則來完成決策，以實現(xiàn)對混合動力系統(tǒng)的合理控制，從而提高車輛整體性能?；谀：壿嫴呗钥梢员磉_難以精確定量表達的規(guī)則；提高車輛整體性能?；谀：壿嫴呗钥梢员磉_難以精確定量表達的規(guī)則；可以方便地實現(xiàn)不同影響因素可以方便

23、地實現(xiàn)不同影響因素(功率需求、功率需求、SOC等等)的折中；魯棒性好。但的折中；魯棒性好。但是模糊控制器的建立主要依靠經(jīng)驗，無法獲得全局最優(yōu)。是模糊控制器的建立主要依靠經(jīng)驗，無法獲得全局最優(yōu)。 第 18 頁 3.混聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管理策略混聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管理策略混聯(lián)式混合動力電動汽車由于其特有的傳動系統(tǒng)結構，如采用行星齒輪混聯(lián)式混合動力電動汽車由于其特有的傳動系統(tǒng)結構，如采用行星齒輪傳動，除了采用瞬時優(yōu)化能量管理策略、全局優(yōu)化能量管理策略和模糊能傳動，除了采用瞬時優(yōu)化能量管理策略、全局優(yōu)化能量管理策略和模糊能量管理策略量管理策略(與并聯(lián)式混合動力汽車能量管理策略原理類似與

24、并聯(lián)式混合動力汽車能量管理策略原理類似)以外，還有一以外，還有一些特有的能量管理策略：些特有的能量管理策略：(1) 發(fā)動機恒定工作點策略。由于采用了行星齒輪機構，發(fā)動機轉速可以發(fā)動機恒定工作點策略。由于采用了行星齒輪機構，發(fā)動機轉速可以獨立于車速變化，這樣使發(fā)動機工作在最優(yōu)工作點，提供恒定的轉矩輸出，獨立于車速變化，這樣使發(fā)動機工作在最優(yōu)工作點，提供恒定的轉矩輸出，而剩余的轉矩則由電動機提供。這樣電動機來負責動態(tài)部分，避免了發(fā)動而剩余的轉矩則由電動機提供。這樣電動機來負責動態(tài)部分，避免了發(fā)動機動態(tài)調(diào)節(jié)帶來的損失，而且與發(fā)動機相比，電動機的控制也更為靈敏，機動態(tài)調(diào)節(jié)帶來的損失，而且與發(fā)動機相比，

25、電動機的控制也更為靈敏，易于實現(xiàn)。易于實現(xiàn)。(2) 發(fā)動機最優(yōu)工作曲線策略。發(fā)動機工作在萬有特性圖中最佳油耗線上，發(fā)動機最優(yōu)工作曲線策略。發(fā)動機工作在萬有特性圖中最佳油耗線上，只有當發(fā)電機電流需求超出電池的接受能力或者當電動機驅(qū)動電流需求超只有當發(fā)電機電流需求超出電池的接受能力或者當電動機驅(qū)動電流需求超出電動機或電池的允許限制時，才調(diào)整發(fā)動機的工作點。出電動機或電池的允許限制時，才調(diào)整發(fā)動機的工作點。 第 19 頁1.串聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式串聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式(1) 純電動模式。發(fā)動機關閉，車輛僅由蓄電池組供電、驅(qū)動。純電動模式。發(fā)動機關閉，車輛僅由蓄電池組供電、驅(qū)動。(

26、2) 純發(fā)動機模式。車輛牽引功率僅來源發(fā)動機純發(fā)動機模式。車輛牽引功率僅來源發(fā)動機-發(fā)電機組，而蓄電池組發(fā)電機組，而蓄電池組既不供電也不從驅(qū)動系統(tǒng)中吸收任何功率，電設備組用作從發(fā)動機到驅(qū)動既不供電也不從驅(qū)動系統(tǒng)中吸收任何功率，電設備組用作從發(fā)動機到驅(qū)動輪的電傳動系。輪的電傳動系。(3) 混合模式。牽引功率由發(fā)動機混合模式。牽引功率由發(fā)動機-發(fā)電機組和蓄電池組共同提供。發(fā)電機組和蓄電池組共同提供。(4) 發(fā)動機牽引和蓄電池充電模式。發(fā)動機發(fā)動機牽引和蓄電池充電模式。發(fā)動機-發(fā)電機組供給向蓄電池組充發(fā)電機組供給向蓄電池組充電和驅(qū)動車輛所需的功率。電和驅(qū)動車輛所需的功率。(5) 再生制動模式。發(fā)動機

27、再生制動模式。發(fā)動機-發(fā)電機組關閉，牽引電機產(chǎn)生的電功率用于發(fā)電機組關閉，牽引電機產(chǎn)生的電功率用于向蓄電池組充電。向蓄電池組充電。(6) 蓄電池組充電模式。牽引電動機不接受功率，發(fā)動機蓄電池組充電模式。牽引電動機不接受功率，發(fā)動機-發(fā)電機組向蓄發(fā)電機組向蓄電池組充電。電池組充電。(7) 混合式蓄電池充電模式。發(fā)動機混合式蓄電池充電模式。發(fā)動機-發(fā)電機組和運行在發(fā)電機狀態(tài)下的發(fā)電機組和運行在發(fā)電機狀態(tài)下的牽引電動機共同向蓄電池組充電。牽引電動機共同向蓄電池組充電。 第 20 頁2.并聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式并聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式并聯(lián)式混合動力電動汽車主要蘊含以下工作模式：并聯(lián)式混

28、合動力電動汽車主要蘊含以下工作模式：(1) 純電動模式。當混合動力電動汽車處于起步、低速等輕載工況且動力純電動模式。當混合動力電動汽車處于起步、低速等輕載工況且動力電池的電量充足時，若以發(fā)動機作為動力源，則發(fā)動機燃油效率較低，并電池的電量充足時，若以發(fā)動機作為動力源，則發(fā)動機燃油效率較低，并且排放性能很差。因此，關閉發(fā)動機，由動力電池提供能量并以電機驅(qū)動且排放性能很差。因此，關閉發(fā)動機，由動力電池提供能量并以電機驅(qū)動車輛。但當動力電池的電量較低時，為保護電池，應當切換到行車充電模車輛。但當動力電池的電量較低時，為保護電池，應當切換到行車充電模式。式。(2) 純發(fā)動機模式。在車輛高速行駛等中等負

29、荷時，車輛克服路面阻力運純發(fā)動機模式。在車輛高速行駛等中等負荷時，車輛克服路面阻力運行所需的動力較小，一般情況下主要由發(fā)動機提供動力。此時，發(fā)動機可行所需的動力較小，一般情況下主要由發(fā)動機提供動力。此時，發(fā)動機可工作于高效區(qū)域，燃油效率較高。工作于高效區(qū)域，燃油效率較高。(3) 混合驅(qū)動模式。在加速或爬坡等大負荷情況下，當車輛行駛所需的動混合驅(qū)動模式。在加速或爬坡等大負荷情況下，當車輛行駛所需的動力超過發(fā)動機工作范圍或高效區(qū)時，由電機提供輔助動力同發(fā)動機一同驅(qū)力超過發(fā)動機工作范圍或高效區(qū)時，由電機提供輔助動力同發(fā)動機一同驅(qū)動車輛。若此時動力電池的剩余電量較低，則轉換到純發(fā)動機模式。動車輛。若此

30、時動力電池的剩余電量較低，則轉換到純發(fā)動機模式。 第 21 頁(4) 行車充電模式。在車輛正常行駛等中低負荷時，若動力電池的剩余電行車充電模式。在車輛正常行駛等中低負荷時，若動力電池的剩余電量較低，發(fā)動機除了要提供驅(qū)動車輛所需的動力外，還要提供額外的功率量較低，發(fā)動機除了要提供驅(qū)動車輛所需的動力外，還要提供額外的功率通過電機發(fā)電以轉換成電能給動力電池充電。通過電機發(fā)電以轉換成電能給動力電池充電。 (5) 再生制動模式。當混合動力電動汽車減速再生制動模式。當混合動力電動汽車減速/制動時，發(fā)動機不工作，制動時，發(fā)動機不工作，電機盡可能多地回收再生制動能量，剩余部分由機械制動器消耗。電機盡可能多地回

31、收再生制動能量，剩余部分由機械制動器消耗。(6) 怠速怠速/停車模式。在怠速停車模式。在怠速/停車模式中，通常關閉發(fā)動機和電動機，但停車模式中，通常關閉發(fā)動機和電動機，但當動力電池剩余電量較低時，需要開啟發(fā)動機和電機，控制發(fā)動機工作于當動力電池剩余電量較低時，需要開啟發(fā)動機和電機，控制發(fā)動機工作于高效區(qū)并拖動電機為動力電池充電。高效區(qū)并拖動電機為動力電池充電。 第 22 頁再生制動是指電動汽車在再生制動是指電動汽車在減速制動減速制動(剎車或者下坡剎車或者下坡)時時將汽車的部分動能轉化為將汽車的部分動能轉化為電能，轉化的電能儲存在電能，轉化的電能儲存在儲存裝置中，如各種蓄電儲存裝置中，如各種蓄電

32、池、超級電容和超高速飛池、超級電容和超高速飛輪，最終增加電動汽車的輪，最終增加電動汽車的續(xù)駛里程。如果儲能器已續(xù)駛里程。如果儲能器已經(jīng)被完全充滿，再生制動經(jīng)被完全充滿，再生制動就不能實現(xiàn)，所需的制動就不能實現(xiàn)，所需的制動力就只能由常規(guī)的制動系力就只能由常規(guī)的制動系統(tǒng)提供。圖為電動汽車的統(tǒng)提供。圖為電動汽車的制動系統(tǒng)結構。制動系統(tǒng)結構。 第 23 頁 制動能量回收的基本原理是先將汽車制動或減速時的一部制動能量回收的基本原理是先將汽車制動或減速時的一部分機械能（動能）經(jīng)再生系統(tǒng)轉換（或轉移）為其它形式的分機械能（動能）經(jīng)再生系統(tǒng)轉換（或轉移）為其它形式的能量（旋轉動能、液壓能、化學能等），并儲存在

33、儲能器中，能量（旋轉動能、液壓能、化學能等），并儲存在儲能器中，同時產(chǎn)生一定的負荷阻力使汽車減速制動；當汽車再次啟動同時產(chǎn)生一定的負荷阻力使汽車減速制動；當汽車再次啟動或加速時，再生系統(tǒng)又將儲存在儲能器中的能量再轉換為汽或加速時，再生系統(tǒng)又將儲存在儲能器中的能量再轉換為汽車行駛所需要的動能（驅(qū)動力）。車行駛所需要的動能（驅(qū)動力）。 1.制動能量回收方法制動能量回收方法根據(jù)儲能機理不同，電動汽車制動能量回收的方法也不同，根據(jù)儲能機理不同，電動汽車制動能量回收的方法也不同，主要有主要有3種，即飛輪儲能、液壓儲能和電化學儲能。種，即飛輪儲能、液壓儲能和電化學儲能。 第 24 頁飛輪儲能是利用高速旋轉

34、的飛輪來儲存和釋放能量，能量轉飛輪儲能是利用高速旋轉的飛輪來儲存和釋放能量，能量轉換過程如圖所示。當汽車制動或減速時，先將汽車在制動或換過程如圖所示。當汽車制動或減速時，先將汽車在制動或減速過程中的動能轉換成飛輪高速旋轉的動能；當汽車再次減速過程中的動能轉換成飛輪高速旋轉的動能；當汽車再次啟動或加速時，高速旋轉的飛輪又將存儲的動能通過傳動裝啟動或加速時，高速旋轉的飛輪又將存儲的動能通過傳動裝置轉化為汽車行駛的驅(qū)動力。置轉化為汽車行駛的驅(qū)動力。 第 25 頁圖是一種飛輪儲能式制動能量回收系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)主要由發(fā)動機、高圖是一種飛輪儲能式制動能量回收系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)主要由發(fā)動機、高速儲能飛輪、增速

35、齒輪、離合器和驅(qū)動橋組成。發(fā)動機用來提供驅(qū)動汽車速儲能飛輪、增速齒輪、離合器和驅(qū)動橋組成。發(fā)動機用來提供驅(qū)動汽車的主要動力，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，為發(fā)動機提供輔助的功率以滿足峰值功率的要求。發(fā)動機提供輔助的功率以滿足峰值功率的要求。 第 26 頁液壓儲能工作過程如圖所示。它是先將汽車在制動或減速過液壓儲能工作過程如圖所示。它是先將汽車在制動或減速過程中的動能轉換成液壓能，并將液壓能儲存在液壓蓄能器中；程中的動能轉換成液壓能，并將液壓能儲存在液壓蓄能器中；當汽車再次啟動或加速時，儲能系統(tǒng)又將蓄能器中的液壓

36、能當汽車再次啟動或加速時，儲能系統(tǒng)又將蓄能器中的液壓能以機械能的形式反作用于汽車，以增加汽車的驅(qū)動力。以機械能的形式反作用于汽車，以增加汽車的驅(qū)動力。 第 27 頁圖是液壓儲能式制動能量回收系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)由發(fā)動機、圖是液壓儲能式制動能量回收系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)由發(fā)動機、液壓泵液壓泵/馬達、液壓蓄能器、變速器、驅(qū)動橋、離合器和液壓馬達、液壓蓄能器、變速器、驅(qū)動橋、離合器和液壓控制系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)組成。 第 28 頁電化學儲能工作原理如圖所示。它是先將汽車在制動或減速過程中的動電化學儲能工作原理如圖所示。它是先將汽車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儲存在儲能器中；當汽

37、車再能，通過發(fā)電機轉化為電能并以化學能的形式儲存在儲能器中；當汽車再次啟動或加速時，再將儲能器中的化學能通過電動機轉化為汽車行駛的動次啟動或加速時，再將儲能器中的化學能通過電動機轉化為汽車行駛的動能。儲能器可采用蓄電池或超級電容，由發(fā)電機能。儲能器可采用蓄電池或超級電容，由發(fā)電機/電動機實現(xiàn)機械能和電能電動機實現(xiàn)機械能和電能之間的轉換。系統(tǒng)還包括一個控制單元，用來控制蓄電池或超級電容的充之間的轉換。系統(tǒng)還包括一個控制單元，用來控制蓄電池或超級電容的充放電狀態(tài)，并保證蓄電池的剩余電量在規(guī)定的范圍內(nèi)。放電狀態(tài)，并保證蓄電池的剩余電量在規(guī)定的范圍內(nèi)。 第 29 頁圖是一種用于前輪驅(qū)動汽車的電圖是一種

38、用于前輪驅(qū)動汽車的電化學儲能式制動能量回收示意圖?；瘜W儲能式制動能量回收示意圖。當汽車以恒定速度或加速度行駛時，當汽車以恒定速度或加速度行駛時，電磁離合器脫開。當汽車制動時，電磁離合器脫開。當汽車制動時，行車制動系統(tǒng)開始工作，汽車減速行車制動系統(tǒng)開始工作，汽車減速制動，電磁離合器接合，從而接通制動，電磁離合器接合，從而接通驅(qū)動軸和變速器的輸出軸。這樣，驅(qū)動軸和變速器的輸出軸。這樣，汽車的動能由輸出軸、離合器、驅(qū)汽車的動能由輸出軸、離合器、驅(qū)動軸、驅(qū)動輪和從動輪傳到發(fā)動機動軸、驅(qū)動輪和從動輪傳到發(fā)動機和飛輪上。制動時的機械能由電動和飛輪上。制動時的機械能由電動機轉換為電能，存入蓄電池。機轉換為電

39、能，存入蓄電池。 第 30 頁2.制動能量回收系統(tǒng)的類型制動能量回收系統(tǒng)的類型制動能量回收系統(tǒng)的類型因儲能方法不同而不同，主要有電制動能量回收系統(tǒng)的類型因儲能方法不同而不同，主要有電能式、動能式和液壓式。能式、動能式和液壓式。電能式主要由發(fā)電機、電動機和蓄電池或超級電容組成，一電能式主要由發(fā)電機、電動機和蓄電池或超級電容組成，一般在電動汽車上使用；動能式主要由飛輪、無級變速器構成，般在電動汽車上使用；動能式主要由飛輪、無級變速器構成，一般在公交汽車上使用；液壓式主要由液壓泵一般在公交汽車上使用；液壓式主要由液壓泵/液壓馬達、蓄液壓馬達、蓄能器組成，一般在工程機械或大型車輛上使用。能器組成，一般在工程機械或大型車輛上使用。 第 31 頁在電動汽車上采取制動能量回收方法，有如下作用：在電動汽車上采取制動能量回收方法，有如下作用：(1)在目前電動汽