制動緩沖回收技術(shù)

能量緩沖回收器技術(shù)

——再生制動技術(shù)（Regenerativebraking）一、摘要二、再生制動原理三、制動能量回收系統(tǒng)的儲能形式四、能量儲存與轉(zhuǎn)換裝置一、摘要：

隨著新能源危機的加劇，混合動力汽車和純電動汽車已經(jīng)成為新一代汽車的發(fā)展方向，而再生制動技術(shù)作為混合動力汽車和電動汽車的一向重要節(jié)能技術(shù)，已經(jīng)得到越來越大的重視。再生制動技術(shù)使汽車在制動過程中將一部分動能轉(zhuǎn)化為電能并儲存在儲能裝置中，實現(xiàn)了制動減速時的能量再利用。本文對再生制動的工作原理、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進行了詳細(xì)的闡述，并提出日后的發(fā)展趨勢。Keywords:

Brakingenergy（制動能量）;Energyregenerationanduse（制動能量回收）;Researchstatus（發(fā)展現(xiàn)狀）

二、再生制動原理

再生制動是指汽車在減速或制動時，通過與驅(qū)動輪(軸)相連的能量轉(zhuǎn)換裝置，把汽車的一部分動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量儲存起來，在減速或制動的同時達(dá)到回收制動能量的目的；然后在汽車起步或加速時義釋放儲存的能量(如圖1所示)，以增加驅(qū)動輪(軸)上的驅(qū)動力或增加混合動力汽車及電動汽車的續(xù)駛里程。三、制動能量回收系統(tǒng)的儲能形式1.空氣儲能2.液壓儲能3.飛輪儲能4.電儲能理論上汽車制動能量回收的方法有空氣儲能、液壓儲能、飛輪儲能和電儲能?？諝鈨δ苎b置結(jié)構(gòu)龐大，密封性能要求很高，實用化困難。液壓儲能液壓儲能以液壓能的方式儲存能量。系統(tǒng)有一個具有可逆作用的泵/馬達(dá)實現(xiàn)儲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，儲能系統(tǒng)將馬達(dá)/泵以泵的形式工作，車輛行駛的動能帶動泵旋轉(zhuǎn)，將高壓油壓入儲能器中，實現(xiàn)動能到液壓能的轉(zhuǎn)化；在車輛起動或加速時，儲能系統(tǒng)再將馬達(dá)/泵以馬達(dá)的形式工作，高壓油從儲能器中流出，帶動馬達(dá)工作，實現(xiàn)也能到車輛動能的轉(zhuǎn)化。優(yōu)點：功率密度大，能量保存時間長，工作性能可靠缺點：壓力高，密封性能要求較高，并且系統(tǒng)的體積龐大，只適合在大型公車上布型/qclbj/201307/t20130702_209813.htm飛輪儲能飛輪電池放電仿真模型電儲能儲電池儲能：儲電池儲能以電能方式儲存能量。系統(tǒng)以具有可逆作用的發(fā)電機/電動機實現(xiàn)儲電池中的電能和車輛動能之間的轉(zhuǎn)化電儲能各方面性能均很好，且結(jié)構(gòu)簡單，只是功率密度低，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多。隨著汽車驅(qū)動電機技術(shù)和儲能技術(shù)的進一步發(fā)展，采用電機來回收與利用制動能量越來越顯現(xiàn)出其優(yōu)勢．特別是在純電動或混合動力汽車中，主要采用電儲能的再生制動方式。三種儲能方案的比較四、能量儲存與轉(zhuǎn)換裝置

能量轉(zhuǎn)化裝置在電儲能再生制動中，能量轉(zhuǎn)換裝置的作用是進行制動和驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的變換，把汽車慣性動能轉(zhuǎn)換成為電能，是一個發(fā)電過程。為了實現(xiàn)制動能量的回收和釋放，都還需要有合適的傳動裝置，目前普遍采用集成電機形式，用一個電機和一個行星齒輪機構(gòu)組合，電機既擔(dān)當(dāng)發(fā)電機(再生制動電機)又擔(dān)當(dāng)電動機(驅(qū)動電機)，并與兩個離合器聯(lián)用來滿足功能要求。用作汽車再生制動集成電機主要有直流電機、交流異步電機、無刷永磁電機和開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)。能量存儲裝置

電化學(xué)電池超級電容復(fù)合儲能系統(tǒng)能量儲存裝置電化學(xué)電池：電化學(xué)電池是汽車儲能的傳統(tǒng)選擇，主要包括鉛酸電池(Lead—acid)、鎳金屬電池(Cd—Ni和MH—Ni)、鋰電池(Li—ion和Li—polymer)等。鉛酸電池可靠性高、原料易得、成本低、適用溫度和電流范圍大，一直在汽車儲能中使用最廣泛但鉛酸電池作為制動能量儲能系統(tǒng)，而存在的缺點主要是充電速度慢、循環(huán)使用壽命過低等。鎳金屬電池有Cd—Ni和MH—Ni電池，但由于鎘對環(huán)境有污染，很多國家限制發(fā)展和使用Cd—Ni電池。MH—Ni電池是一種綠色鎳金屬電池，具有很高的能量存儲能力；但它的單元電池額定電壓較低，僅為1．2V左右(鉛酸電池2V)，這就導(dǎo)致構(gòu)成相同額定電壓的鎳金屬電池單元數(shù)目比鉛酸電池要多2／3，增加了電池系統(tǒng)的復(fù)雜性，另外，鎳金屬電池還存在記憶效應(yīng)和充電發(fā)熱等方面的問題。鋰電池是上世紀(jì)末發(fā)展起來的高容量可充電電池，能夠比MH—Ni電池存儲更多的能量：比能量大，循環(huán)壽命長，自放電率小，無記憶效應(yīng)和無環(huán)境污染，是當(dāng)今各國能量存儲技術(shù)研究的熱點。超級電容：也稱雙層電容器，是最近幾年隨著新電極材料的出現(xiàn)而提出的能滿足汽車能量和功率實時變化要求的一種能量存儲裝置。超級電容容量是同等體積下的普通電容器容量的2000—6000倍，放電電流可達(dá)幾千安培，能量密度高于傳統(tǒng)電容器近百倍，瞬時放電功率比蓄電池高10倍以上，充放電效率高，不需要維護和保養(yǎng)，壽命長達(dá)10年以上，并且可以保護蓄電池，極有發(fā)展前途。飛輪電池：為一種以動能方式存儲能量的機械電池。近年來由于高強度碳素纖維和玻璃纖維出現(xiàn)以及電磁懸浮、超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)、真空技術(shù)的發(fā)展，使飛輪允許線速度可達(dá)500～1000m／s，單位質(zhì)量的動能儲量大大增加，機械摩擦與風(fēng)力損耗又極大地降低，從而飛輪儲能技術(shù)已成為汽車儲能的研究熱點之一。復(fù)合儲能系統(tǒng)：由于單純一種儲能電池往往很難適應(yīng)汽車儲能的要求，特別是對具有再生制動的汽車能量的充分回收與利用，要考慮到儲能系統(tǒng)的比能量、比功率、使用壽命、充電效率、成本等各方面的因素，這時可以采用復(fù)合儲能的方式，揚長補短，實現(xiàn)能量回收最大化，能量利用的最優(yōu)化。目前的復(fù)合儲能系統(tǒng)大多是采用超級電容與其他動力電池組合應(yīng)用，國內(nèi)外許多研究機構(gòu)都在對超級電容與其他電源共同工作進行研究。美國福特公司的Escape應(yīng)用了線傳電液系列再生制動系統(tǒng)(線傳操控技術(shù)、電子系統(tǒng)和機械制動器)代替機械及液壓制動系統(tǒng)，把來自駕駛者的命令轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，以?qū)動電機實現(xiàn)所需的操作，顯著提高了制動能量回收效率、汽車制動方向穩(wěn)定性和汽車舒適性。

制動力分配是再生制動控制策略研究中的關(guān)鍵問題，其設(shè)計目標(biāo)是提高能量回收率和優(yōu)化駕駛員感覺。美國TexasA&M大學(xué)YiminGao等提出了評價再生制動能量回收效率的三種制動力分配控制策略