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九、制动能量回收系统的结构、原理及故障是什么?

当电动汽车减速和制动时,汽车巨大的惯性动能被转换为电能,而不是变为制动器上的热能散失在空气中,这要归功于制动能量回收系统。

1.主要结构(以奔驰S400混合动力汽车为例)

(1)制动踏板部件 制动踏板部件(图1-32)的主要任务是:记录驾驶人的制动意图,模拟踩踏板的状态,确保能够实现传统液压车轮制动器的基本功能。

在行车制动过程中,考虑到制动能量回收的影响,在制动力减少的同时,制动踏板的踏板力必须与踏板行程相对应,为此该车设计了制动行程模拟器。

在正常工况下,制动踏板的阻力由踏板力模拟器产生。由于设计方面的考虑,制动能量回收时的制动踏板感觉可能与传统汽车的制动踏板有所不同。

踏板角度传感器B37/1(霍尔式)负责感知制动踏板的位置,并将此信息以2个信号电压的形式传送给制动能量回收系统控制单元N30/6。

制动灯开关S9/3将制动踏板的促动信号传送给N30/6。

(2)踏板力模拟器阀部件 踏板力模拟器阀Y113(图1-33)用于激活踏板力模拟,或在发生故障的情况下将其停用。

图1-32 制动能量回收系统的制动踏板部件

图1-33 踏板力模拟器阀(Y113)

在正常工作状态下,电磁线圈通电,因此孔关闭,踏板力模拟器阀(Y113)如同一个缸体,踏板力模拟器可由此自行支撑。当驾驶人操纵制动器时,可以感觉到模拟的踏板反作用力。

如果制动能量回收系统发生功能故障,踏板力模拟器阀(Y113)将停用踏板力模拟器,电磁线圈不通电,此时孔打开,踏板力模拟器不会对制动踏板的回转运动施加任何作用力,所以不存在模拟的踏板阻力。

2.工作原理

行驶中的电动汽车一旦松开加速踏板,便启用能量回收系统。在电机转子的转速小于磁场的旋转速度时,感应电动机作为驱动电机输出动力;当电机转子的转速大于磁场的旋转速度时,感应电动机就变成了发电机,对动力电池进行充电,汽车的动能转化成为电能(图1-34)。

图1-34 制动能量回收(发电机模式)时的能量流动方向

在电动汽车制动能量回收过程中,不但有电能的传送,而且有车载网络数据的交换,如图1-35所示。

图1-35 制动能量回收功能示意图

1—电动机温度信号 2—电动机转速信号 3—电动机状态 4—动力电池电压信号 5—动力电池温度信号 6—允许的充电电压、电流信号 7—产生的制动转矩信号 8—回收制动转矩请求 9—车轮速度信号 10—电动机的规定转矩请求 11—发电机工作的充电电流 12—充电电流 13—充电电压和充电电流信号 14—产生的制动能量回收转矩信号

3.常见故障

当制动能量回收系统出现功能失常时,首先要分析车辆当前是否满足了制动能量回收的条件。例如,北汽EV200电动汽车关于制动能量回收有如下规定:

①当动力电池的温度低于5℃时,不回收制动能量。

②当单体电池的电压为4.05~4.12V时,回收制动能量功率为6.1kW;单体电池的电压超过4.12V时,不回收制动能量;单体电池的电压低于4.05V时,制动能量全部回收。

③动力电池的SOC值越高,即直流母线的电压越大,回收的直流电流值越小。当SOC值大于95%、车速低于30km/h时,不实行制动能量回收。

电动汽车的制动能量回收系统可能出现以下故障。

1)偶尔丧失制动能量回收功能,其可能原因如下:动力电池处于满电状态,或者电池组的温度低于允许快充温度,回收的制动能量无法充入电池组,此时系统会取消制动能量回收功能。动力电池的温度随着放电进程而增加,所以这种故障只出现在低温或者电动汽车刚起动时。

2)高速行驶中进行制动能量回收时,动力电池故障警告灯偶尔点亮。此时应当检查动力电池的状态。如果车辆在正常充电、起动、行驶时,动力电池故障警告灯显示正常,而当高速行驶并制动时,动力电池故障警告灯亮起,可能是某些单体电池接近损坏。

如果动力电池的性能已经恶化,单体电池的端电压严重下降,制动瞬间的回收大电流会使端电压迅速上升,此时也会出现动力电池故障警告灯报警的现象。 I3UTdiONfR8v4w6a6TpJq7owpqaEleSIgOprza6BGQFuS7QEWM25o0XHCKSAwNsS

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