基于制动能量再生系统的蓄能器特性分析

　　引言

　　制动能量再生系统通过车辆制动时回收能量,在车辆起步或加速时释放能量,该系统是提高车辆经济性、动力性和降低排放的有效途径,特别对于以频繁起步、停车及加减速循环为典型运动特征的城市公交车辆,可回收的制动能量丰富,再生效益明显。制动能量再生系统在达到节能减排目的的同时,还可以减轻制动器磨损,减少车辆维修费用[1]。制动能量再生系统由蓄能器、液压泵/马达、控制系统等组成。

　　蓄能器在制动能量再生系统(以下简称系统)整个运行阶段始终处于重要地位。忽略系统液压环节流量损失及沿程压力损失,蓄能器在系统制动蓄能阶段作为系统的唯一负载存在,在放能阶段作为车辆的唯一动力来源[2]。其工作过程和工作特性直接影响到系统的能量再生性能和车辆驱动特性。本文利用蓄能器台架试验研究分析蓄能器配置参数对能量回收与释放的影响,为以后系统优化配置蓄能器提供理论依据。

　　1　蓄能器台架试验

　　(1)试验目的:研究蓄能器配置参数公称容积、预充压力、工作压力上限及工作压力下限相互关系,以及各配置参数对蓄能器能量影响规律[3],为实车选取蓄能器做参考。

　　(2)试验条件:如图1所示,在试验台中,蓄能器、油箱、控制阀及液压泵/马达均与实车配置相同,利用电机模拟车轮转速,所用飞轮的转动惯量近似于整车转动惯量。在蓄能阶段,将电机启动到一定转速,模拟车辆运行速度,通过开关控制阀体可进行蓄能。在放能阶段,在蓄能器达到一定压力后,可通过开关控制阀体进行放能,推动液压泵工作,从而驱动飞轮转动[4]。

　　在蓄放能过程中利用压力与转速传感器通过TS-5F智能数字测试仪将测到信号传到LABVIEW虚拟采样机(如图2、3、4所示)上,从而能够实时的记录蓄能器液压油压力与飞轮转速随时间的变化。

　　(3)试验方法:本试验利用正交试验设计方法进行试验设计,试验因素与水平如表1所示,将公称容积拟为3水平(63、40、63),利用L9(34)正交表进行试验。

　　2　试验结果及分析

　　试验结果将通过公称容积、预充压力、工作压力上限和工作压力下限4个方面进行分类分析,分析将利用蓄放能效率、比能量和有效蓄能容积3个指标进行衡量。

　　蓄能器在系统制动蓄能阶段和驱动放能阶段能量大小并不相同,部分能量由于蓄能器工作过程中温度的变化及其与外界的热交换散失掉。蓄能器能量效率反映了系统在制动工况回收的能量用于车辆驱动起步能力的大小。

　　比能量对于混合动力而言是一个非常重要的概念,其意指不同混合动力技术中,蓄能元件单位质量所能储存或释放能量的大小[5]。