第6章 新能源汽车的充放电系统

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6.1 蓄电池的充电原理 优点：能较好地解决普通蓄电池或蓄电池组在正常充电模式 下过充或充电不足的问题，也可以解决在快速充电模式下发 热、能量回收等问题。 缺点：该技术的应用需要考虑多重因素，如多充电电压、多 充电电流、多充电时间的选择，温度检测、电压和电流检测 功能的完善等。
图6.4
飞轮储能式制动能量再生系统示意图
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6.2 新能源汽车制动能量回收系统 2、液压储能
工作原理
图6.5
液压储能式制动能量再生系统原理图
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新能源汽车技术
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6.1 蓄电池的充电原理 6.1.1 蓄电池的充电方法和充电原理
充电方式主要有恒流充电、恒压充电、阶段充电、脉冲快速 充电、间歇充电等，而采用正确的充电方式对延长蓄电池的 使用寿命具有举足轻重的作用。
下面以铅酸蓄电池为例讨论充电的方法和原理。
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6.1 蓄电池的充电原理 1、恒压充电
充电过程中电源电压保持恒定的充电方法。
在恒压充电开始时，充电电流很大，根据Ic=(V–E）/R,随着 蓄电池电动势E的增加，充电电流Ic逐渐减小，至充电终止时， Ic降到最小值，如果充电电压V调节适当，当充足电时，Ic降 为零。 一般充电4～5h后蓄电池即可达到额定容量的90%～95%； 如果V选择得当，8h即可完成整个充电过程，并且在整个充电 期间不需要照管和调整充电电流。
新能源汽车的能量再生制动，简称再生制动，是指在车辆减 速或制动时，使驱动电机工作于发电机工况，将车辆的一部 分动能转化为电能并回馈至电源的过程。
电机制动的方法可分为机械制动和电气制动两大类。 电气制动又可分为反接制动、能耗制动和回馈发电制动三种 形式。
回馈制动系统工作时应根据汽车运行状况改变，如在车辆制 动、下坡滑行、高速运行和减速运行时等不同场合应采用不 同的对策。
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6.1 蓄电池的充电原理 分为变电流间歇充电法和变电压间歇充电法。
变电流间歇充电法：将恒流充电段改为限压变电流间歇充电 段。充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法，保证加大 充电电流，获得绝大部分充电量。充电后期采用定电压充电 段，获得过充电量，将电池恢复至完全充电状态。
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6.1 蓄电池的充电原理 6、电池的充电过程
理想充电器的实际充电过程应分为预充电、快速充电、补足 充电和涓流充电四个阶段。
预充电：小电流充电，使其满足一定的充电条件。
智能充电 使用各种状态、类型的蓄电池， 方法 充电安全、可靠、节能、省时
表6.1
各类充电方法的优缺点比较
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6.2 新能源汽车制动能量回收系统 6.2.1 制动能量回收方法
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6.2 新能源汽车制动能量回收系统 3、电化学储能
工作原理
图6.7
电化学储能式制动能量再生回收系统原理图
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6.2 新能源汽车制动能量回收系统 电化学储能式制动能量再生系统 当车辆以恒定速度或加速度行驶时，电磁离合器脱开。 当车辆制动时，行车制动系统开始工作，车辆减速制动，电 磁离合器接合，从而接通驱动轴和变速器的输出轴。制动时 的机械能由电机转换为电能，存入蓄电池。
快速充电：大电流充电，充电速率一般在1C以上。
补足充电：为了电池充入100%的电量，速率为0.2C左右。 涓流充电wenku.baidu.com当电池温度上升到55℃时，自动转入涓流充电。
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6.1 蓄电池的充电原理 7、常用充电方法的比较总结
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6.2 新能源汽车制动能量回收系统
图6.6
液压储能式制动能量再生回收系统示意图
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6.1 蓄电池的充电原理 优点：充电时间短、空气污染小、省电节能以及不需专人看 管，同时由于脉冲快速充电时化学反应充分，使蓄电池的容 量有所增加。故一般在电池集中、充电频率高或应急部门使 用快速充电。 缺点：析出的气体出气率高，对极板活性物质的冲刷力强， 使活性物质易脱落；输出能量较低，能量转换效率也较低， 对蓄电池的寿命影响很大。
6.1 蓄电池的充电原理 2、恒流充电
蓄电池充电时，充电电流保持恒定的充电方法。
分为涓流充电、最小电流充电、标注充电、高速率（快速） 充电四种充电方法。
充电过程分为两个阶段：第一阶段采用较大的充电电流，使 蓄电池的容量得到迅速恢复；当蓄电池电量基本充足、单个 电池的端电压升到2.4V、电解液开始产生气泡时，转入第二 阶段，将充电电流减半后保持恒定，直到电解液密度和蓄电 池端电压达到最大值，且在2～3h内不再上升、蓄电池内部剧 烈冒气泡为止。
变电压间歇充电方法，与变电流间歇充电方法的不同之处在 于第一阶段的不是间歇恒流，而是间歇恒压。
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6.1 蓄电池的充电原理 5、智能充电方法
集充电、在线监测于一体，对蓄电池组进行充电和容量检测、 深度放电后对电池补充充电及对电池组日常维护的一项技术。
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6.1 蓄电池的充电原理
图6.2
脉冲快速充电的电流波形
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6.1 蓄电池的充电原理
图6.1
恒压充电特性曲线
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6.2 新能源汽车制动能量回收系统 液压储能式制动能量再生回收系统
由发动机、液压泵/电机、液压储能器、联动变速箱、驱动桥、 液控离合器和液压控制系统组成。
启动、加速或爬坡时，液控离合器接合，液压储能器与联动 变速箱连接，液压储能器中的液压能通过液压泵/电机转化为 驱动车辆的动能，用来辅助发动机满足驱动车辆所需要的峰 值功率。 减速时，电控元器件发出信号，使系统处于储能状态，将动 能转化为压力能储存在液压储能器中，致使车辆行驶阻力增 大，车速降低直至停车。
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恒压充 电 阶段充 电
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6.1 蓄电池的充电原理
脉冲式充 电方法 间歇式充 电方法
充电过程不产生大量的析气， 快速充电的能量转换效率低， 并且不发热，从而可以较大缩 易造成极板活性物质脱落 短充电时间 充电过程析气量少、能量效率 控制硬件复杂，难以精确控 高、速度快 制 实现比较困难
工作原理：在整个充电过程中，动态跟踪蓄电池可接受的充 电电流，应用dv/dt技术，即充电电源根据蓄电池的状态自动 确定充电工艺参数，使充电电流自始至终保持在蓄电池可以 接受的充电电流曲线附近，保持蓄电池几乎在无气体析出的 状态下充电，从而保护蓄电池。
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充 电 方 法 恒流充 电 优点 缺点
常 规 充 电 方 法
可以任意选择和调整充电 初始充电电流过小，充电后期 电流，适应性较慢，特别 电流有过大、充电时间长、析 适合蓄电池容量恢复的小 出气体多、能耗较高、效率较 电流长时间充电 低 充电过程较接近于最佳充 充电初期电流过大，对蓄电池 电曲线，电解水很少，避 寿命造成很大影响，并且容易 免了蓄电池过充，控制装 使蓄电池极板弯曲，造成电池 置简单 报废 析出气量小，较以上两种 不容易控制，前后两端都包含 常规充电方法快 恒流和恒压充电的缺点
发动机用来提供驱动车辆的主要动力。
高速储能飞轮用来回收制动能量以及作为负荷平衡装置，为 发动机提供辅助的功率以满足峰值功率要求。
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6.2 新能源汽车制动能量回收系统
图6.3
飞轮式储能制动能量转换过程示意图
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6.2 新能源汽车制动能量回收系统 飞轮储能式制动能量再生系统
主要由发动机、高速储能飞轮、增速齿轮、飞轮离合器和驱 动桥组成。
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6.2 新能源汽车制动能量回收系统 根据储能方式，车辆制动能量再生方法可分为：空气储能、 液压储能、飞轮储能和化学储能等。 1、飞轮储能 利用高速旋转的飞轮来储存和释放能量。
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6.1 蓄电池的充电原理 优点：有较大的适应性，可以任意选择和调整充电电流，有 利于保持蓄电池的技术性能和延长蓄电池的使用寿命。特别 适用于小电流长时间的活化充电模式及有多个电池串联的电 池组充电，并且有利于容量恢复较慢的蓄电池的充电。 缺点：整个充电过程时间长、析出气体多、对极板的冲击大、 能耗高、效率低（不超过65%），且整个充电过程必须有专 人看管，需经常调节充电电流。
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6.1 蓄电池的充电原理 4、蓄电池间歇充电方法
在充电过程中增加一段停歇时间，消除极化作用。
间歇充电方法是建立在恒流充电和脉冲充电的基础上的一种 快速充电方法。
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6.1 蓄电池的充电原理 3、脉冲快速充电
在大电流充电过程中，自动进行短暂停充电并在停充电中自 动加入放电脉冲的充电方式。
脉冲快速充电初期大电流对蓄电池进行恒流充电，达到60%左 右的额定容量；当单体蓄电池端电压达2.4V、电解液开始冒 气泡时，控制电路使充电转入脉冲快速充电。