第6章 新能源汽车的充放电系统

1、新能源汽车技术新能源汽车技术第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统May,2014新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014Page 2第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理6.1.1 6.1.1 蓄电池的充电方法和充电原理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充电、间歇充电等，而采用正确的充电方式对延长蓄电池

2、的使用寿命具有举足轻重的作用。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。下面以铅酸蓄电池为例讨论充电的方法和原理。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014Page 3第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理1 1、恒压充电、恒压充电充电过程中电源电压保持恒定的充电方法。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，根据在恒压充电开始时，充电电流很大，根据Ic=(VEIc=(VE）/R,/R,随着随着蓄电池电动势蓄电池电动势

3、E E的增加，充电电流的增加，充电电流IcIc逐渐减小，至充电终止时，逐渐减小，至充电终止时，IcIc降到最小值，如果充电电压降到最小值，如果充电电压V V调节适当，当充足电时，调节适当，当充足电时，IcIc降降为零。为零。一般充电一般充电4 45h5h后蓄电池即可达到额定容量的后蓄电池即可达到额定容量的90%90%95%95%；如果如果V V选择得当，选择得当，8h8h即可完成整个充电过程，并且在整个充电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。期间不需要照管和调整充电电流。Page 4新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，Ma

4、y,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理图图6.1 6.1 恒压充电特性曲线恒压充电特性曲线Page 52 2、恒流充电、恒流充电蓄电池充电时，充电电流保持恒定的充电方法。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）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、单个蓄电池的容

5、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电池的端电压升到2.4V、电解液开始产生气泡时，转入第二、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，且在池端电压达到最大值，且在23h内不再上升、蓄电池内部剧内不再上升、蓄电池内部剧烈冒气泡为止。烈冒气泡为止。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理Page 6优点：

6、有较大的适应性，可以任意选择和调整充电电流，有优点：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。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、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（不超过能耗高、效率低（不超过65%），且整个充电过程必须有专），且整个充电

7、过程必须有专人看管，需经常调节充电电流。人看管，需经常调节充电电流。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理Page 73 3、脉冲快速充电、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。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，达到脉冲快速充电初期大电流对蓄电池进行恒流充电，达到60%60%左左右的额定容量；当

8、单体蓄电池端电压达右的额定容量；当单体蓄电池端电压达2.4V2.4V、电解液开始冒、电解液开始冒气泡时，控制电路使充电转入脉冲快速充电。气泡时，控制电路使充电转入脉冲快速充电。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理Page 8新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理图图6.

9、2 6.2 脉冲快速充电的电流波形脉冲快速充电的电流波形Page 9优点：充电时间短、空气污染小、省电节能以及不需专人看优点：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。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，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，使活性物质易脱落；输出能量较低，能量转换

10、效率也较低，对蓄电池的寿命影响很大。对蓄电池的寿命影响很大。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理Page 104 4、蓄电池间歇充电方法、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。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。快速充电方法。新能源汽车技术，Faculty of New Energy

11、 Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理Page 11分为变电流间歇充电法和变电压间歇充电法。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。段，获

12、得过充电量，将电池恢复至完全充电状态。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。于第一阶段的不是间歇恒流，而是间歇恒压。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理Page 125 5、智能充电方法、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、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

13、充电及对电池组日常维护的一项技术。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。工作原理：在整个充电过程中，动态跟踪蓄电池可接受的充工作原理：在整个充电过程中，动态跟踪蓄电池可接受的充电电流，应用电电流，应用dv/dt技术，即充电电源根据蓄电池的状态自动技术，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。状态下充电，从而保护蓄电池。新能源汽车技术，Faculty of

14、New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理Page 13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。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、电压和电流检测充电电流、多充电时

15、间的选择，温度检测、电压和电流检测功能的完善等。功能的完善等。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理Page 146 6、电池的充电过程、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。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。预充电：小电流充电，使其满足一定的充电条件。快速充电：大电流充电，充电速率一般在快速充电

16、：大电流充电，充电速率一般在1C以上。以上。补足充电：为了电池充入补足充电：为了电池充入100%的电量，速率为的电量，速率为0.2C左右。左右。涓流充电：当电池温度上升到涓流充电：当电池温度上升到55时，自动转入涓流充电。时，自动转入涓流充电。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理Page 157 7、常用充电方法的比较总结、常用充电方法的比较总结新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,

17、2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理充 电 方 法优点缺点常规充电方法恒流充电可以任意选择和调整充电电流，适应性较慢，特别适合蓄电池容量恢复的小电流长时间充电初始充电电流过小，充电后期电流有过大、充电时间长、析出气体多、能耗较高、效率较低恒压充电充电过程较接近于最佳充电曲线，电解水很少，避免了蓄电池过充，控制装置简单充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，并且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废阶段充电析出气量小，较以上两种常规充电方法快不容易控制，前后两端都包含恒流和恒压充电的缺点 新能源汽车技术，Facult

18、y of New Energy Vehicles，May,2014Page 16脉冲式充电方法充电过程不产生大量的析气，并且不发热，从而可以较大缩短充电时间快速充电的能量转换效率低，易造成极板活性物质脱落间歇式充电方法充电过程析气量少、能量效率高、速度快控制硬件复杂，难以精确控制智能充电方法使用各种状态、类型的蓄电池，充电安全、可靠、节能、省时实现比较困难第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.1 6.1 蓄电池的充电原理蓄电池的充电原理表表6.1 6.1 各类充电方法的优缺点比较各类充电方法的优缺点比较Page 176.2.1 6.2.1 制动能量回收方法制动能量回收

19、方法新能源汽车的能量再生制动，简称再生制动，是指在车辆减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。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。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、

20、下坡滑行、高速运行和减速运行时等不同场合应采用不动、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。同的对策。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 18根据储能方式，车辆制动能量再生方法可分为：空气储能、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。液压储能、飞轮储能和化学储能等。1 1、飞轮储能、飞轮储能利用高速旋转的飞轮来储存和释放能量。利用高速旋转的

21、飞轮来储存和释放能量。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统图图6.3 6.3 飞轮式储能制动能量转换过程示意图飞轮式储能制动能量转换过程示意图Page 19飞轮储能式制动能量再生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。动桥组成。发动机用来提供驱动车辆的主要动力。发动机用来提供驱动车辆的主要动力。高速储能飞轮用

22、来回收制动能量以及作为负荷平衡装置，为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。发动机提供辅助的功率以满足峰值功率要求。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 20新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系

23、统新能源汽车制动能量回收系统图图6.4 6.4 飞轮储能式制动能量再生系统示意图飞轮储能式制动能量再生系统示意图Page 212 2、液压储能、液压储能工作原理工作原理新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统图图6.5 6.5 液压储能式制动能量再生系统原理图液压储能式制动能量再生系统原理图Page 22液压储能式制动能量再生回收系统液压储能式制动能量再生回收系统由发动机、液压泵由发动机、液压泵/ /电机、液压储能

24、器、联动变速箱、驱动桥、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。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。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

25、辆行驶阻力增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。大，车速降低直至停车。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 23新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统图图6.6 6.6 液压储能式制动

26、能量再生回收系统示意图液压储能式制动能量再生回收系统示意图Page 243 3、电化学储能、电化学储能工作原理工作原理新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014图图6.7 6.7 电化学储能式制动能量再生回收系统原理图电化学储能式制动能量再生回收系统原理图第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 25电化学储能式制动能量再生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。当车辆以恒定速度或加速度行驶时，电磁离合器脱开

27、。当车辆制动时，行车制动系统开始工作，车辆减速制动，电当车辆制动时，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。的机械能由电机转换为电能，存入蓄电池。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 26新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，

28、May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统图图6.8 6.8 电化学储能式制动能量再生系统示意图电化学储能式制动能量再生系统示意图Page 276.2.2 6.2.2 电动汽车制动能量的回收电动汽车制动能量的回收根据制动车速与制动时间的不同，电动汽车制动模式可分为根据制动车速与制动时间的不同，电动汽车制动模式可分为以下三种。以下三种。（1 1）急制动：对应于制动加速度大于）急制动：对应于制动加速度大于2 2的过程。的过程。（2 2）中轻度制动：对应于汽车在正常工况下的制动过程，其）中轻度制动：

29、对应于汽车在正常工况下的制动过程，其中又可分为减速过程与停止过程。电制动负责减速过程，停中又可分为减速过程与停止过程。电制动负责减速过程，停止过程由机械制动完成。止过程由机械制动完成。（3 3）下长坡时的制动：汽车下长坡（缓坡）时，制动力一般）下长坡时的制动：汽车下长坡（缓坡）时，制动力一般不大，可完全由电制动提供。不大，可完全由电制动提供。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 28电动汽车制动能量回收

30、，要满足以下几个方面的要求电动汽车制动能量回收，要满足以下几个方面的要求：（1）满足制动的安全要求，符合驾驶时的制动习惯。满足制动的安全要求，符合驾驶时的制动习惯。（2）考虑驱动电机的发电工作特性和输出能力。考虑驱动电机的发电工作特性和输出能力。（3）确保电池组在充电过程中的安全，防止过充。确保电池组在充电过程中的安全，防止过充。由以上分析可发现电动汽车制动能量的回收约束条件为：由以上分析可发现电动汽车制动能量的回收约束条件为：电池可接收的最大充电电流；电池可接收的最大充电时电池可接收的最大充电电流；电池可接收的最大充电时间；能量回收停止时电机转速，以及与此相对应的充电电间；能量回收停止时电机

31、转速，以及与此相对应的充电电流值。流值。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 296.2.3 6.2.3 永磁电机再生制动原理永磁电机再生制动原理电动汽车所用的永磁电机一般为永磁直流电机和永磁交流电电动汽车所用的永磁电机一般为永磁直流电机和永磁交流电机。机。永磁直流电机和永磁交流电机本质统一，永磁交流电机常等永磁直流电机和永磁交流电机本质统一，永磁交流电机常等效成相应的直流电机进行分析。由于效成相应的直

32、流电机进行分析。由于PWMPWM频率远大于电机换相频率远大于电机换相频率，永磁交流电机的每一相可近似看做一台直流电机。频率，永磁交流电机的每一相可近似看做一台直流电机。因此，通常以半桥电路驱动、四象限工作的永磁直流电机为因此，通常以半桥电路驱动、四象限工作的永磁直流电机为模型，来简化分析，对永磁电机进行理论分析和实验研究。模型，来简化分析，对永磁电机进行理论分析和实验研究。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统P

33、age 30新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统图图6.9 6.9 永磁直流电机再生制动电路原理图永磁直流电机再生制动电路原理图Page 31IGBTIGBT缓冲吸收电路的设计考虑以下几个方面。缓冲吸收电路的设计考虑以下几个方面。过电压产生的原因过电压产生的原因缓冲吸收电路的工作原理缓冲吸收电路的工作原理缓冲吸收电路的设计要点缓冲吸收电路的设计要点新能源汽车技术，Faculty of New Energy Ve

34、hicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 321 1、过电压产生的原因、过电压产生的原因大功率大功率IGBTIGBT使用的驱动电路板上一般提供使用的驱动电路板上一般提供IGBTIGBT的驱动电路、的驱动电路、过电流保护。过电流保护。软降栅压和软关断驱动保护电路，这些保护措施是一种逐个软降栅压和软关断驱动保护电路，这些保护措施是一种逐个脉冲保护。脉冲保护。当当IGBTIGBT由通态迅速关断时，会有很大的由通态迅速关断时，会有很大的-di/dt-di/dt产生，引起较产生，

35、引起较大的尖峰电压大的尖峰电压-Ldi/dt-Ldi/dt，对，对IGBTIGBT造成损害。造成损害。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 33新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统图图6.10 IGBT6.10 IGBT

36、关断时的电路波形图关断时的电路波形图Page 342 2、缓冲吸收电路的工作原理、缓冲吸收电路的工作原理抑制过电压的有效方法是采用缓冲吸收电路（抑制过电压的有效方法是采用缓冲吸收电路（Snubber Snubber CircuitCircuit）。）。IGBTIGBT的关断缓冲吸收回路分为充放电型和放电阻止型两类。的关断缓冲吸收回路分为充放电型和放电阻止型两类。对于频率为对于频率为20kHz20kHz左右的左右的IGBTIGBT开关开关, ,采用放电阻止型吸收电路采用放电阻止型吸收电路更为合适。更为合适。放电阻止型高效缓冲吸收电路有两种类型：放电阻止型高效缓冲吸收电路有两种类型：C C型放电阻

37、止型和型放电阻止型和RCDRCD型放电阻止型吸收回路。型放电阻止型吸收回路。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 35新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014图图6.11 IGBT6.11 IGBT放电阻止型缓冲吸收回路原理图放电阻止型缓冲吸收回路原理图第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收

38、系统新能源汽车制动能量回收系统Page 363 3、缓冲吸收电路的设计要点、缓冲吸收电路的设计要点首先要合理布置电动汽车蓄电池，尽量减小主电路的布线电首先要合理布置电动汽车蓄电池，尽量减小主电路的布线电感。感。其次，吸收电容采用无感电容，为了减小吸收电容的寄生电其次，吸收电容采用无感电容，为了减小吸收电容的寄生电感，它的引线应尽量短，吸收二极管应选用快开通和快恢复感，它的引线应尽量短，吸收二极管应选用快开通和快恢复二极管。二极管。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.

39、2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 37为保证每次关断前吸收电容的过电压放完，为保证每次关断前吸收电容的过电压放完，RsRs应满足：应满足： 式中，式中，f f为开关器件的工作频率。为开关器件的工作频率。同时，为防止同时，为防止CsCs的放电引起振荡，的放电引起振荡，RsRs还应满足：还应满足： SS16RC fSSS12RLC新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 38最大

40、回馈功率制动方式最大回馈功率制动方式最大回馈功率制动方式以在制动中尽可能多地回收能量为目最大回馈功率制动方式以在制动中尽可能多地回收能量为目的，其控制对象为电机绕组电流的，其控制对象为电机绕组电流Im,Im,而不考虑电池允许充电电而不考虑电池允许充电电流的限制，一般用于电力机车上。流的限制，一般用于电力机车上。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 396.2.4 6.2.4 电动汽车再生制动控制策略电动

41、汽车再生制动控制策略1 1、最大回馈功率制动方式、最大回馈功率制动方式目的：在制动中尽可能多地回收能量目的：在制动中尽可能多地回收能量控制对象：电机绕组电流控制对象：电机绕组电流ImIm，而不考虑电池允许充电电流的，而不考虑电池允许充电电流的限制，一般用于电力机车上。限制，一般用于电力机车上。当制动电流时（当制动电流时（rmrm为电枢电阻，为电枢电阻，VmVm为电机反电动势），电机为电机反电动势），电机系统处于最大回馈功率再生制动状态，并将最大功率制动方系统处于最大回馈功率再生制动状态，并将最大功率制动方式应用于电动机车上。式应用于电动机车上。新能源汽车技术，Faculty of New En

42、ergy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 40新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统图图6.12 6.12 最大回馈制动方式下的电枢电流最大回馈制动方式下的电枢电流Page 412 2、最大回馈效率制动方式、最大回馈效率制动方式最大回馈效率制动方式定义回馈效率为最大回馈效率制

43、动方式定义回馈效率为 式中，式中， 为负荷力矩。为负荷力矩。以以 为自变量，对以上公式求导，并令其等于零。即为自变量，对以上公式求导，并令其等于零。即 得到最大回馈效率再生制动时的电机电枢电流为：得到最大回馈效率再生制动时的电机电枢电流为： 2b bemm mpLe mLe m()()V iKii rTK iTK ipmd0di222mLemLmLme mr TKr Tr TiK rLTmi新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车

44、制动能量回收系统Page 423 3、恒定力矩制动方式恒定力矩制动方式对于永磁直流电机，恒定力矩制动等效于恒定电枢电流制动，对于永磁直流电机，恒定力矩制动等效于恒定电枢电流制动，在这种控制方式中，控制对象为电机的电枢电流，使制动踏在这种控制方式中，控制对象为电机的电枢电流，使制动踏板的位移与电枢电流（即制动力矩）成正比。板的位移与电枢电流（即制动力矩）成正比。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 43新

45、能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014图图6.13 6.13 电动汽车恒定力矩制动方式电动汽车恒定力矩制动方式第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 444 4、恒定充电电流制动方式、恒定充电电流制动方式为避免过大的回馈电流对蓄电池造成损坏，提出了恒定充电为避免过大的回馈电流对蓄电池造成损坏，提出了恒定充电电流制动方式，即以蓄电池充电电流为被控对象，兼顾能量电流制动方式，即以蓄电池充电电流为被控对象，兼顾能量回收与系统保护，是一种更实用的控制策

46、略。回收与系统保护，是一种更实用的控制策略。在车辆控制过程中，控制系统维持蓄电池充电电流不变，而在车辆控制过程中，控制系统维持蓄电池充电电流不变，而随着车速的降低，电机的反电动势也在不断地降低，根据电随着车速的降低，电机的反电动势也在不断地降低，根据电机回馈功率和蓄电池充电功率相等的关系，电枢电流也在不机回馈功率和蓄电池充电功率相等的关系，电枢电流也在不断的上升。断的上升。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统P

47、age 45新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014图图6.14 6.14 恒定回馈电流制动方式恒定回馈电流制动方式第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 465 5、恒定充电功率制动方式恒定充电功率制动方式基于上述分析，提出了一种适合超级电容基于上述分析，提出了一种适合超级电容蓄电池复合电源蓄电池复合电源系统的再生制动控制策略即恒定充电功率制动方式系统的再生制动控制策略即恒定充电功率制动方式对再对再生制动过程中储能部件的充电功率进行控制。生制

48、动过程中储能部件的充电功率进行控制。在超级电容电压低的时候采用大电流充电，当电容电压上升在超级电容电压低的时候采用大电流充电，当电容电压上升时，充电电流指令值下降，兼顾能量回收与系统器件保护。时，充电电流指令值下降，兼顾能量回收与系统器件保护。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 47新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014图图6.15 6.15 恒

49、定充电电流和恒定充电功率制动方式对比恒定充电电流和恒定充电功率制动方式对比第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.2 6.2 新能源汽车制动能量回收系统新能源汽车制动能量回收系统Page 48电动汽车充电装置泛指将公共电网或发电装置的电能转变为电动汽车充电装置泛指将公共电网或发电装置的电能转变为车载动力电池组中的化学能的各种形式的变流装置的总称。车载动力电池组中的化学能的各种形式的变流装置的总称。例如：充电机、充电桩、充电站、车载充电机，电机驱动系例如：充电机、充电桩、充电站、车载充电机，电机驱动系统中的能量回收装置，燃料电池汽车动力系统中双向统中的能量回收装置，燃料电

50、池汽车动力系统中双向DC/DCDC/DC变变换器的充电部分等。换器的充电部分等。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.3 6.3 新能源汽车的充电装置新能源汽车的充电装置6.3.1 6.3.1 充电装置的分类充电装置的分类 按电路结构进行划分，可以分为工频相控类和高频开关电按电路结构进行划分，可以分为工频相控类和高频开关电源类。源类。 按用途进行划分，可分为车载充电装置和地面充电装置两按用途进行划分，可分为车载充电装置和地面充电装置两大类。大类。Page 49新能源汽车技术，

51、Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.3 6.3 新能源汽车的充电装置新能源汽车的充电装置Page 50新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.3 6.3 新能源汽车的充电装置新能源汽车的充电装置图图6.16 6.16 电动汽车充电装置的分类电动汽车充电装置的分类Page 511 1、车载充电装置车载充电装置指安装在电动汽车上的，可采用地面交流电网电源对车载电指安装在电动汽车

52、上的，可采用地面交流电网电源对车载电池组进行充电的装置。池组进行充电的装置。特点是：体积和重量受到严格限制。受到充电电源（一特点是：体积和重量受到严格限制。受到充电电源（一般是非动力电源）的限制。为了保证充电安全，充电机必般是非动力电源）的限制。为了保证充电安全，充电机必须与电池检测系统建立良好的信息交换通道，并具有适应特须与电池检测系统建立良好的信息交换通道，并具有适应特定电动车用电池特点的充电控制策略。操作简单。定电动车用电池特点的充电控制策略。操作简单。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能

53、源汽车的充放电系统6.3 6.3 新能源汽车的充电装置新能源汽车的充电装置Page 522 2、地面充电装置、地面充电装置主要包括专用充电机、专用充电站和公共场所通用充电机及主要包括专用充电机、专用充电站和公共场所通用充电机及充电站等。充电站等。在地面充电设施中一般都配备应急充电装置，其目的是为了在地面充电设施中一般都配备应急充电装置，其目的是为了电动汽车在行驶过程中由于种种原因使电池组电量不足，需电动汽车在行驶过程中由于种种原因使电池组电量不足，需要短时间内补充一定量的电量而设置的。其特点是充电装置要短时间内补充一定量的电量而设置的。其特点是充电装置输出功率大，可大电流充电，在短时间内（一般

54、不超过输出功率大，可大电流充电，在短时间内（一般不超过30min30min）补充电池组补充电池组40%40%60%60%的容量。的容量。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.3 6.3 新能源汽车的充电装置新能源汽车的充电装置Page 53公共场所通用充电机与专用充电装置的主要区别：公共场所通用充电机与专用充电装置的主要区别：能适应多种类型的电池系统。能适应多种类型的电池系统。能适应多种电压等级的电池系统。能适应多种电压等级的电池系统。有与各种电动汽车电池管理系统信息交换的接

55、口和多种充电有与各种电动汽车电池管理系统信息交换的接口和多种充电控制算法。控制算法。具有自动实现充电装置个性化设置的功能。具有自动实现充电装置个性化设置的功能。具有方便的电量计量收费装置和智能化安全保障措施。具有方便的电量计量收费装置和智能化安全保障措施。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.3 6.3 新能源汽车的充电装置新能源汽车的充电装置Page 54新能源汽车的充电装置新能源汽车的充电装置充电模式的选择充电模式的选择充电站的构成充电站的构成充电站按照功能可以划分为充电

56、站按照功能可以划分为4 4个子模块：配电系统、充电系统、个子模块：配电系统、充电系统、电池调度系统、充电站监控系统。电池调度系统、充电站监控系统。一个完整的充（换）电站需要配电室、中央监控室、充电区、一个完整的充（换）电站需要配电室、中央监控室、充电区、更换电池区和电池维护间更换电池区和电池维护间5 5个部分。个部分。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014Page 556.3.2 6.3.2 充电模式的选择充电模式的选择1 1、充电站的构成、充电站的构成配电室：为充电站提供所需的电源，不仅给充电机提供电能，配电室：为充电站提供所需的电源，

57、不仅给充电机提供电能，而且还要满足照明、控制设备的用电需求，内部建有变配电而且还要满足照明、控制设备的用电需求，内部建有变配电所有设备、配电监控系统、相关的控制和补偿设备。所有设备、配电监控系统、相关的控制和补偿设备。中央监控室：监控整个充电站的运行情况，并完成管理情况中央监控室：监控整个充电站的运行情况，并完成管理情况的报表打印等。的报表打印等。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.3 6.3 新能源汽车的充电装置新能源汽车的充电装置Page 56充电区：完成电池充电功能。

58、充电区：完成电池充电功能。更换电池区：车辆更换电池的场所，需要配备电池更换设备，更换电池区：车辆更换电池的场所，需要配备电池更换设备，同时应建设用于存放备用电池的存储间。同时应建设用于存放备用电池的存储间。电池维护间：进行电池重新配组、电池组均衡、实际容量测电池维护间：进行电池重新配组、电池组均衡、实际容量测试、故障的应急处理等工作。试、故障的应急处理等工作。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.3 6.3 新能源汽车的充电装置新能源汽车的充电装置Page 572 2、充电的

59、模式、充电的模式充电站给电动汽车充电一般分为普通充电、快速充电和电池充电站给电动汽车充电一般分为普通充电、快速充电和电池组快速更换三种方式。组快速更换三种方式。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第6 6章章 新能源汽车的充放电系统新能源汽车的充放电系统6.3 6.3 新能源汽车的充电装置新能源汽车的充电装置Page 58（1 1）普通充电）普通充电所谓的常规充电或慢速充电。这种充电模式为交流充电方式，所谓的常规充电或慢速充电。这种充电模式为交流充电方式，由外部电网提供由外部电网提供220V220V（或（或380V380V）交流电源给

60、电动汽车车载充）交流电源给电动汽车车载充电机，由车载充电机给动力蓄电池充电，充满电一般需要电机，由车载充电机给动力蓄电池充电，充满电一般需要5 58h8h。优点：充电桩成本低、安装方便；可利用电网晚间的低谷电优点：充电桩成本低、安装方便；可利用电网晚间的低谷电进行充电，降低充电成本；充电时段充电电流较小、电压相进行充电，降低充电成本；充电时段充电电流较小、电压相对稳定，保证动力电池组安全和延长使用寿命。对稳定，保证动力电池组安全和延长使用寿命。缺点：充电时间过长，难以满足车辆紧急运行的需求。缺点：充电时间过长，难以满足车辆紧急运行的需求。新能源汽车技术，Faculty of New Energ