4.2 再生制动能量回收系统（课件）-《新能源汽车结构与检修》同步精品课堂（人交版）

单元四 电动汽车的充放电系统 4.2 再生制动能量回收系统 《新能源汽车结构与检修》（人交版） 人民交通出版社 专题复习讲练测 1 学习目标 知识目标 1.学生能够准确阐述制动能量回收的定义，理解其在提高能源利用效率方面的重要性。 2.掌握电动汽车电动机制动能量回收原理，明确动能如何转化为电能并存储。 能力目标 1.培养学生的分析和综合能力，能够对不同的再生制动能量回收方法进行比较和评估。 2.提升学生的逻辑思维能力，使他们能够理解再生制动能量回收系统的工作原理和各部分之间的关系。。 情感目标 1.培养学生对科技创新的兴趣和热爱，感受再生制动能量回收技术在推动可持续交通发展中的重要作用。 2.增强学生的环保意识，让他们认识到通过技术手段可以减少能源浪费和环境污染。 导入情景 01 电动车制动能量回收系统 一、制动能量回收的定义 制动能量回收就是把电动机无用的、不需要的或有害的惯性转动产生的动能转化为电能,并回馈蓄电池,同时产生制动力矩使电动机快速停止无用的惯性转动,这个总过程也称为再生制动。 新知学习 02 双轴汽车采用串联模式工作的制动系统控制原理图 二、电动汽车电动机制动能量回收原理 电动汽车正常行驶时,电动机是一个能将电能转化为机械能的装置。而这个转化过程常见的是通过电磁场的能量变化来传递能量和转化能量的从更直观的力学角度来讲,主要体现为磁场大小的变化。电动机接通电源,产生电流,构建了磁场。交变的电流产生了交变的磁场,当绕组在物理空间上呈一定角度布置时,将产生圆形旋转磁场。运动是相对的,等于该磁场被其空间作用范围内的导体进行了切割,于是导体两端建立了感应电动势,通过导体本身和连接部件,构成了回路,产生了电流,形成了一个载流导体,该载流导体在旋转磁场中将受到力的作用,这个力最终成为电动机输出转矩中的力。 新知学习 02 二、电动汽车电动机制动能量回收原理 当电动汽车减速或制动时，即切除电源时,电动机惯性转动,此时通过电路切换,往转子中提供相比而言功率较小的励磁电源,产生磁场,该磁场通过转子的物理旋转,切割定子的绕组,于是定子感应出电动势,也称逆电动势,此时电动机反转,功能与发电机相同,是一个将机械能转化为电能的装置,所产生的电流通过功率变换器接入蓄电池,即为能量回馈,至此制动能量回收过程完成。与此同时转子受力减速,形成制动力,这个总过程合称再生制动。 新知学习 02 三、再生制动能量回收方法 根据储能原理不同,可以将电动汽车再生制动能量回收的方法分为飞轮储能、液压储能和电化学储能三种。 1.飞轮储能 飞轮储能是利用高速旋转的飞轮来储存和释放能量,能量回收系统原理图如图4-19 所示。当汽车制动或减速时,先将汽车在制动或减速过程中的动能转换成飞轮高速旋转的动能;当汽车再次起动或加速时,高速旋转的飞轮又将存储的动能通过传动装置转化为汽车行驶的驱动力。 新知学习 02 三、再生制动能量回收方法 新知学习 02 三、再生制动能量回收方法 图4-20 是一种飞轮储能式再生制动能量回收系统示意图。系统主要由发动机、高速储能飞轮、增速齿轮、离合器和驱动桥组成。发动机用来提供驱动汽车的主要动力,高速储能飞轮用来回收再生制动能量及作为负荷平衡装置,为发动机提供辅助功率以满足峰值功率的要求。 新知学习 02 三、再生制动能量回收方法 2.液压储能 液压储能式再生制动能量回收系统原理图如图4-21 所示。它是先将汽车在制动或减速过程中的动能转换成液压能,并将液压能储存在液压储能器中;当汽车再次起动或加速时,储能系统又将储能器中的液压能以机械能的形式反作用于汽车,以增加汽车的驱动力。 新知学习 02 三、再生制动能量回收方法 图4-22 是液压储能式再生制动能量回收系统示意图。系统由发动机液压泵/电动机、储能器、变速器、驱动桥、离合器和液压控制系统组成。汽车起动、加速或爬坡时,液控离合器接合.液压储能器与连动变速器连接,液压储能器中的液压能通过液压泵/电动机转化为驱动汽车的动能,用来辅助发动机满足驱动汽车所需要的峰值功率。 新知学习 02 三、再生制动能量回收方法 减速时,电控元件发出信号,使系统处于储能状态,将动能转换为压力能储存在液压储能器内,这时汽车行驶阻力增大,车速降低直至停车。在紧急制动或初始车速较高时,能量回收系统不工作,不影响原车制动系统正常工作。 新知学习 02 能量回收系统 三、再生制动能量回收方法 3.电化学储能 电化学储能式再生制动能量回收系统原理图如图4-23 所示。它是先将汽车在制动或减速过程中的动能,通过发电机转化为电能并以化学能的形式储存在储能器中;当汽车再次起动或加速时,再将储能器中的化学能通过电动机转化为汽车行驶的动能。储能器可采用蓄电池或超级电容,由发电机、电动机实现机械能和电能之间的转换。系统还包括一个控制单元,用来控制蓄电池或超级电容的充放电状态,并保证蓄电池的剩余电量在规定的范围内。 新知学习 02 三、再生制动能量回收方法 图4-24 是一种用于前轮驱动汽车的电化学储能式再生制动能量回收系统示意图。当汽车以恒定速度或加速度行驶时,电磁离合器脱开。当汽车制动时,行车制动系统开始工作,汽车减速制动,电磁离合器接合,从而接通驱动轴和变速器的输出轴。这样,汽车的动能由输出轴、离合器、驱动轴、驱动轮和从动轮传到飞轮和发电机上。 新知学习 02 三、再生制动能量回收方法 制动时的机械能由电动机(用作发电机)转换为电能,存入蓄电池。在发电机和飞轮回收能量的同时,产生负荷作用,作为前轮驱动的阻力。 电动汽车一般采用这种形式实现再生制动能量回收,采用的办法是在制动或减速时将驱动电动机转化为发电机。 新知学习 02 四、电动汽车的再生制动能量回收系统 电动汽车的再生制动能量回收系统的结构与原理如图 4-25 所示由驱动轮主减速器、变速器、电动机、AC/DC 转换器、DC/DC 转换器、能量储存系统及控制器组成。 新知学习 02 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 1： 电化学储能在电动汽车中主要采用（ ）。 A. 超级电容器 B. 燃料电池 C. 锂离子电池 D. 镍氢电池 答案：C 解析：目前电动汽车中主要采用锂离子电池进行电化学储能。超级电容器也有应用，但不是主要方式；燃料电池不属于电化学储能。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 锂离子电池在再生制动能量回收中的优点是（ ）。 A. 能量密度高 B. 充放电速度快 C. 成本低 D. 寿命长 答案：A 解析：锂离子电池能量密度高，能够存储较多的能量。充放电速度相对较快，但不是最突出的优点；成本较高；寿命也有一定限制。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 3： 电动汽车再生制动能量回收系统通常由哪些部分组成？（ ） A. 电动机、电池、控制器 B. 发电机、电池、逆变器 C. 电动机、逆变器、电池、控制器 D. 发电机、逆变器、电池、控制器 答案：C 解析：电动汽车再生制动能量回收系统主要包括电动机、逆变器、电池和控制器。电动机在制动时作为发电机工作，逆变器将产生的交流电转换为直流电给电池充电，控制器负责协调各个部分的工作。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 再生制动能量回收系统中，控制器的主要作用是（ ）。 A. 控制电动机的转速 B. 控制电池的充电和放电 C. 协调各个部分的工作 D. 提高能量回收效率 答案：C 解析：控制器的主要作用是协调电动机、逆变器、电池等各个部分的工作，确保系统高效稳定运行。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 5： 以下哪种情况下，电动汽车的再生制动能量回收效果最好？（ ） A. 高速行驶时急刹车 B. 低速行驶时缓慢刹车 C. 匀速行驶时刹车 D. 高速行驶时缓慢刹车 答案：B 解析：低速行驶时缓慢刹车，电动机有足够的时间将动能转化为电能并存储到电池中，回收效果最好。高速行驶时急刹车可能会导致能量回收系统无法及时响应，回收效果不佳；匀速行驶时刹车的能量回收相对较少。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 6： 再生制动能量回收系统对电动汽车的续航里程有多大影响？（ ） A. 可以提高 10% 以下 B. 可以提高 10%-20% C. 可以提高 20%-30% D. 可以提高 30% 以上 答案：B 解析：再生制动能量回收系统可以在一定程度上提高电动汽车的续航里程，一般可以提高 10%-20%。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 7： 电动汽车再生制动能量回收系统的发展趋势是（ ）。 A. 提高能量回收效率 B. 降低成本 C. 减小体积和重量 D. 以上都是 答案：D 解析：提高能量回收效率、降低成本、减小体积和重量都是电动汽车再生制动能量回收系统的发展趋势。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 8： 以下关于再生制动能量回收系统的说法错误的是（ ）。 A. 可以减少制动系统的磨损 B. 只在电动汽车上使用 C. 可以提高车辆的能源利用率 D. 对环境友好 答案：B 解析：再生制动能量回收系统不仅在电动汽车上使用，在一些混合动力汽车上也有应用。该系统可以减少制动系统的磨损，提高车辆的能源利用率，对环境友好。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 9： 简述电动汽车电动机制动能量回收原理。 答案：当电动汽车制动时，控制系统会使电动机切换到发电模式。此时，车轮的转动带动电动机旋转，电动机就像一个发电机，将车辆的动能转化为电能。产生的电能通过逆变器等装置进行处理后，存储到电池中，实现能量的回收。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 10： 请比较飞轮储能、液压储能和电化学储能这三种再生制动能量回收方法的优缺点。 答案：飞轮储能的优点是响应速度快，能量密度相对较高；缺点是成本较高，且需要高速旋转的飞轮，对安全要求较高。 液压储能的优点是效率高，能够快速响应制动需求；缺点是系统较为复杂，体积和重量相对较大。 电化学储能的优点是技术相对成熟，目前在电动汽车中广泛应用；缺点是能量密度有限，充放电次数有限，可能会随着使用时间的增长而性能下降。 同学们，今天我们一起学习了再生制动能量回收系统这一重要内容。 首先，我们明确了制动能量回收的定义，即把车辆制动过程中原本会以热能形式耗散掉的动能转化为其他形式的能量储存起来，以提高能源利用效率。接着，我们深入探讨了电动汽车电动机制动能量回收原理。当电动汽车制动时，电动机能够切换到发电模式，将车辆的动能转化为电能，再经过逆变器处理后存储到电池中。然后，我们了解了三种再生制动能量回收方法。飞轮储能响应速度快，但成本高且对安全要求高；液压储能效率高，可快速响应制动需求，但系统复杂、体积和重量较大；电化学储能技术成熟且广泛应用于电动汽车，不过能量密度有限且充放电次数有限。最后，我们详细分析了电动汽车的再生制动能量回收系统。它主要由电动机、逆变器、电池和控制器组成。 课堂小结 03 请简述制动能量回收的重要意义。 详细说明电动汽车电动机制动能量回收的过程。 对比飞轮储能、液压储能和电化学储能三种再生制动能量回收方法在能量密度、成本、响应速度等方面的差异。 描述电动汽车的再生制动能量回收系统中控制器的主要功能。 作业布置 04 感谢观看 $$