公交工况下制动能量再生应用及探讨

发布时间： 2014-10-31 作者： 湖北省城市客车工程技术中心 雷洪钧 阅读次数: 615

有研究表明，在公交车下长坡及滑行中, 因为车辆惯性动能引起制动器的热衰退性问题已是较为严重的安全隐患了。一方面，车辆频繁制动动能通过摩擦转化为热能耗散掉了；另一方面，公交车在制动后重新启动、加速及怠速阶段的油耗、黑烟及其他排放显著增加。

如何把公交工况下制动能量回收加以利用？这是当前客车企业面临的重要课题。

一、制动能量再生应用其经济效益十分可观:

推广制动能量回收技术不仅表现在节能安全方面，同时在经济方面有重大价值。12米CNG公交客车1天行驶里程250公里，以每100公里耗38立方米CNG计算，则1天消耗CNG合计85立方米，折合成现金为382.5元。如果制动能量再生系统的节气率能实现20%，即可节约现金支出78.95元；如果一个车队按30台配车计算，可以节约现金支出2368.5元；如果以一个城市的公交车辆数量来计算，其经济效益十分可观。

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二、制动能量再生应用技术现状及特点:

制动能量再生应用技术目前大体分为：电化学电池储能、超级电容储能、飞轮储能、液压储能等4种，在此对液压储能的制动能量再生应用予以讨论。

液压储能是将汽车在制动或减速过程中的动能转换成液压能的形式，并将液压能贮藏在液压蓄能器中。当公交车起步加速时，蓄能器中的氮气囊推动液压油以机械能的形式反作用于公交车辅助公交车起步(并辅助)加速。液压储能装置具有零件少、成本较低、工作可靠性高的特点，同时还具有体积较小、安装布置方便的优点。液压蓄能器用于工程专用车辆基本成熟，如果要用于城市公交车上，还要解决好，液压系统的密封性能、系统工作时的噪声。

液压储能系统原理及结构图

液压储能式制动能量再生系统工作原理是车辆刹车时的惯性通过压力泵将液体从低压储存罐推向高压储存罐，即能量通过液压泵、马达对液压蓄能器内液压油做功，液体压缩低压氮气囊变成高压氮气囊，实现回收；继而，在需要动力时释放高压储存罐带动液压推进器驱动车辆，液体返回到低压储存罐，如此循环工作。

三、液压储能式制动能量再生系统的工作过程：

（1）冷启动：通过释放液压蓄能器中的能量，驱动液压泵、马达转动，再带动主减速器工作，实现车辆的冷启动，即发动机先不启动。

（2）加速行驶：车辆冷启动后,待蓄能器的压力降低到一定值时，车辆已经在2-3速档位时，再启动发动机，发动机和液压再生动力同时驱动车辆行驶。

（3）匀速行驶：液压再生动力停止工作，由发动机驱动车辆行驶。

（4）减速行驶：车辆制动时，液压泵、马达工作，蓄能器将刹车的能量通过液体介质开始回收。通过控制策略使车辆在停止时液压蓄能器中的存储能量为最大。

四、液压储能式制动能量再生系统推广前景：

（1）推广应用的基础较好。系统主要部件都是技术成熟的、标准的工业产品。目前的技术水平在工程车应用已经成熟，但是要用于公交客车必须将目前的技术水准提高到客车的技术标准。主要难点是，混合动力箱与原车的变速箱的对接，要求彼此的切换精确，噪声要符合客车的技术要求，再是分配控制模块和电子控制器的设计有一定的技术含量。液压储能式制动能量再生系统是一个跨多个学科的应用课题，如车辆工程、液压工程、控制工程等。

（2）选好公交车型是推广应用成功的关键。从理论上讲，液压储能制动能量回收技术是可以推广到汽油（柴油）、CNG（LNG）及新能源汽车等车型。但是从工程上讲，新技术推广有四个基本要求：一是技术上可行且要先进；二是成本要低；三是操作简便；四是维护方便。目前液压储能最适宜的公交车型是CNG公交车。主要理由有：12米CNG公交车要求有8个80升CNG储气罐子。液压储能也要一个储气罐子，其外形（尺寸）与CNG储气罐子大致相同。采用液压储能技术进行制动能量回收技术,如果减少一个80升CNG储气罐子，每一天也能完成以往营运任务。对于公交公司而言，采用液压储能系统的成本能用一年左右的时间通过节约的耗气费用补上来，又能产生一定的社会效益。