制动能量回收

有什么用法？

将制动或滑行过程中产生的多余能量转化为电能，给电池充电，减少电池对发动机的依赖，从而降低油耗，提高发动机效率。

优点：

为了节省燃料，发电机只有在脚离开加速器踏板或制动时才启动，并且可以有效地利用之前浪费的动能。

发动机效率很高，当你踩下油门时，发电机就会关闭。更多的动力可以施加到车轮上。

代表车型：

丰田普锐斯宝马5系（参数|询价）奥迪A5高尔夫（参数|报价）蓝色驱动版

技术概述：

当踩下制动器或升起油门时，产生的动能被收集到蓄电池中。这减少了电池从发动机吸收的能量，从而降低了燃料消耗。当按下加速器时，发电机与动力传动系统断开。从动力总成获得能量的部件越少，用于加速车辆的发动机输出功率就越多。作为安全预防措施，制动能量回收系统监测蓄电池的充电水平，如有必要，即使在加速时也会继续给蓄电池充电，以防止其完全放电。

技术原理：

制动能量回收是现代电动汽车和混合动力汽车的重要技术和重要特性之一。在一般的内燃机车辆中，当车辆减速和制动时，车辆的动能通过制动系统转换为热能，并释放到大气中。在电动汽车和混合动力汽车中，这些浪费的动能可以通过制动能量回收技术转化为电能，储存在电池中，并进一步转化为驱动能量。例如，当车辆在启动或加速时需要增加驱动力时，电机驱动力成为发动机的辅助动力，从而能够有效地应用电能。

一般认为，在车辆不进行紧急制动的普通制动情况下，通过制动可以回收约1/5的能量。制动能量回收取决于混合动力车的运行方式。例如，在丰田普锐斯混合动力汽车中，可以通过液压制动和能量回收制动的协调控制来回收车辆运动能量。然而，在本田Insight混合动力车上，由于发动机和驱动电机之间的连接，无法消除发动机制动。因此，在制动过程中，发动机的所有阀门都关闭，以消除泵的空气损失，而发动机本身只有纯粹的机械摩擦损失。

当发动机气门未停止时，减速过程中可回收的能量约为车辆动能的1/3。通过使用智能气门正时和升程控制系统来停止气门操作，发动机本身的机械摩擦（包括泵空气损失）可以减少约70%。回收的能量增加到车辆动能的2/3。

这可以通过在发动机和电机之间设置离合器来解决，以在车辆减速时停止发动机输出动力。然而，制动能量回收还涉及混合动力车辆的液压制动和制动能量回收的复杂平衡或协调控制。那么，为什么可以通过驱动电机来回收车辆的运动能量呢？综上所述，原因是电机运行的逆过程是发电机的工作状态。通用电气的基本理论早已阐明，表明电机驱动的工作原理是弗莱明左手定律，而发电的原理是弗莱明右手定律。由于电机的运行，线圈在阻碍磁通量变化的方向上产生电动势。这个方向与导致电机旋转和流动的电流方向相反。所以人们称之为反电动势。反电动势随着转速的增加而增加。随着转速的增加，最初导致电机旋转的电流的流动阻力增加，当达到一定转速时，就不能再超过了。因此，当制动时，流经电机的电流被切断，取而代之的是产生反电动势。这是制动能量回收的原理，使电机能够发挥发电机的作用。这种类型的电机被称为……

笔记

拼音 双语对照“电动发电机”。

然而，当应用制动能量回收制动时，如何处理脚制动。在脚制动过程中，制动踏板行程（或强度）如何与制动能量回收系统协调。这是因为在回收制动能量中起作用的制动部分可以导致脚制动器的制动力减小。

因为对于脚制动，考虑到制动能量回收的作用，必须采取相应的措施来降低脚制动的制动力。当制动力减小时，制动踏板的踏板力要求与踏板行程相对应。

重要的是，无论是否发生制动能量回收，制动踏板的作用仍然存在，就像在正常车辆中一样。出于这个原因，一种名为中风模拟器的设备已经被开发出来。

丰田混合动力电动汽车制动能量回收与液压制动的协调控制

丰田混合动力汽车的制动能量回收系统由原始发动机型号的液压制动器（包括液压传感器和阀门）、电动机（在减速和制动过程中充当发电机，即转变为能量回收发电模式）、逆变器、，以及电子控制单元（包括动力电池电子控制单元、电动机电子控制单元和能量回收电子控制单元）。

丰田能量回收制动系统的特点是制动能量回收和液压制动的协调控制。协调制动的原理是首先保证车辆在不同路况和工况下的制动稳定性和安全性，同时考虑到牵引电池的再生制动能力（由牵引电池电子控制单元控制），实现车轮制动力矩和电机能量回收制动力矩之间的最佳协调控制，并由车辆电子控制单元实现集中控制。

当驾驶员踩下制动踏板时，液压制动器（液压伺服制动系统）将根据制动踏板的力通过行程模拟器等部件实时进入相应的操作，然后制动能量回收系统也将进入工作状态。也就是说，如果牵引电池的电子控制单元确定牵引电池具有相应的SOC恢复能力，则制动能量恢复制动力占整个制动力的相应部分。当车辆接近停车时，制动能量回收系统的制动力变为零。这两种制动力的能量转换比相当于图1所示的相应面积比。当液压制动面积小，制动能量回收制动面积大时，表明制动能量回收量增加。增加制动能量回收面积与减少燃料消耗直接相关。然而，当液压制动保持不变时，只考虑制动能量回收率的提高会增加制动力，导致驾驶员的制动路感较差且不舒适。为了解决这个问题，开发了一种带有电子线控制动（EBW）的电子控制制动器（ECB）。如图2所示，在电子控制制动器中，制动踏板不是通过液压管路直接连接到车轮制动缸，而是通过电子控制单元（ECU），电子控制单元向液压能量供应源发送相应的指令，使得与制动能量回收制动强度相对应的液压被传递到相应的车轮制动缸。因此，制动能量回收制动和液压制动的总和达到与制动踏板的行程量相对应的制动力值，从而改善了驾驶员在制动操作期间的路感。

制动能量回收控制由脚制动踏板力信号控制，该信号通过制动总泵和行程模拟器输入部分，进入液压控制部分的液压机构（包括液压泵电机和蓄能器），然后通过制动液压调节到达车轮制动缸。同时，如果液压信号因系统故障而停止，则液压以紧急方式启动，电磁开关阀打开，即通过电磁阀进行切换，并传递到车轮制动缸。

笔记

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本田第四代IMA混合动力系统的制动能量回收系统控制

本田第四代IMA混合动力系统应用于2010款Insight混合动力汽车。其制动能量回收系统采用由执行器和电子控制单元组成的集成模块式，包括IMA系统电机控制模块、牵引电池监测模块和电机驱动模块。

制动能量回收系统的工作过程如下：

在IMA电机制动和慢速减速过程中，混合动力车的电控单元发出相应指令，将电机切换到发电机再生发电模式，牵引电池通过制动能量回收控制系统以电能的形式充电。基本工作过程如下：制动时，制动踏板传感器使IMA电子控制单元激活制动总泵伺服装置，并通过动力电池电子控制单元、能量回收电子控制单元和电机电子控制单元发送相应的命令，以及其他电子控制单元，以协调和平衡液压机械制动和电机能量回收之间的制动力，从而实现最佳能量回收。第四代IMA系统采用可变制动能量分配比，与上一代相比，制动能量回收能力提高了70%。

IMA电机、牵引电池电子控制单元、能量回收电子控制单元和电机电子控制单元都是本田第四代IMA混合动力系统“智能动力单元”（IPU）的组成部分。它由功率控制单元（PCU）、高性能镍氢电池和制冷系统组成。PCU是IPU的核心部分，控制电机辅助（即进入电动工况）。PCU接收节气门传感器输入的打开信号，根据发动机的相关操作参数和牵引蓄电池的充电状态确定电能辅助量，还确定蓄电池的能量回收能力。PCU的主要部件包括一个蓄电池监测模块-蓄电池状态监测器（BCM）、电机控制模块（MCM）和电机驱动模块（MDM）。

综合考虑目前可用的不同混合动力系统，制动能量回收控制的细节各不相同。通常，使用电子控制液压制动和制动能量回收的组合，也称为电液制动伺服控制系统。

扩展阅读：

顶级比赛中的能量回收系统

在2009年F1比赛中，“KERS系统”在测试和正式比赛中都吸引了无数的话题和争议，它是当代能量回收系统的金字塔尖产品。KERS实际上是动能回收系统的缩写。在F1中，KERS主要有两种技术解决方案。第一个是以雷诺为代表的飞轮动能回收系统。具体工作原则如下：

回收飞轮动能的想法实际上源于我们童年时的玩具：回力汽车。回程汽车的轻微向后拉动将产生极高的前进速度。飞轮动能回收系统的原理以返程车为基础，但其内部结构更为复杂，安装在时速300公里以上的F1赛车上。因此，也遇到了许多技术难题。例如，为了不影响赛车的重量，该系统必须足够轻，但同时必须能够快速储存和释放能量。工程师的解决方案是提高飞轮转速。飞轮的高速旋转不可避免地会带来高温，因此有必要将飞轮封装在真空装置中。此外，为了抵抗大的G值并满足F1碰撞标准，整个动力回收系统的材料和安装位置需要克服大量的技术困难。

F1的第二类动能回收系统是以宝马为代表的电池电机能量回收系统。它是从民用混合动力汽车的系统发展而来的，例如本田的IMA系统：

在制动过程中，电机将自动转换为发电机，将动能转换为存储在电池中的电能，并在下次需要时释放。这个系统的瓶颈是电池。由于传统镍氢电池的能量密度和功率密度较低……

笔记

拼音 双语对照在民用车辆中，许多F1车队都试图使用更高效的锂电池进行储存。然而，锂电池对电压和温度极其敏感。红牛车队和索伯车队在试车过程中都经历过电池起火的情况。

为了追求最低的重量和最高的输出功率，F1赛车的动力回收系统使用了极其昂贵的材料，几乎忽略了其寿命。然而，KERS系统在这项世界最高水平的汽车运动中的应用，无疑将推动能源回收系统在民用汽车中的普及。事实上，许多汽车制造商已经为他们的民用汽车配备了能量回收系统。

在量产车上的应用

由于飞轮储能系统的储能有限和技术不成熟，目前只有我们所知道的保时捷GT3 R Hybrid才会正式配备飞轮式动能回收系统。目前，电池电机能量回收系统在民用汽车中的主要用途几乎是伴随着油电混合动力汽车的发展。丰田的普锐斯和本田的INSIGHT自成立以来就配备了自己的能量回收系统，现在这些系统也安装在雷克萨斯混合动力车和混合动力思域等新车上（参数|查询）。梅赛德斯开发的电池电机能源系统将使用锂电池作为存储介质，并将在最新的S400混合动力汽车中配备该设备。这也是电池电机能量回收系统在民用汽车领域应用的创新标志。此外，大众和福特等制造商的混合动力汽车都配备了能量回收系统。

在单燃料汽车领域，能量回收系统的应用起步较晚，因为单燃料汽车不能像混合动力汽车那样直接使用回收的能量作为动力输出，只能在发电机或发动机停止运行时使用储存的电能来减轻车辆电池的负载。然而，作为宝马高效动力战略的一部分，宝马在其5系GT、7系、X1和其他车型中配备了能量回收系统，主要是为了减少燃料消耗和有害气体排放。据称，2011款宝马M5配备的能量回收系统可以像F1赛车一样储存能量，可以根据驾驶员的意愿随时通过按钮释放，瞬间大大增强车辆的动力。

未来前景

欧盟2012年的汽车二氧化碳排放标准将达到每公里130克。这项严厉的法令将使节能减排成为所有汽车制造商的重要研究课题。我相信，在不久的将来，不仅会有越来越多的混合动力汽车投入生产，传统的单燃料汽车也会应用更多的新技术来实现节能减排的目标。在中国，F3DM等混合动力汽车的发展也标志着中国自主品牌已经掌握了生产能源回收系统的技术。我们希望能源回收系统能很快出现在国产单燃料汽车上。

笔记

拼音 双语对照

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