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液压混合动力汽车的能量存储系统提高工作效率

时间:2023-08-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:但是,为了能够使内燃机在最佳工作点下运行,需要增设某种形式的能量存储系统,在液压混合动力系统中,可通过充有气体的蓄能器来实现这一需求。从图7-49中可以看到,对于液压式混合动力汽车的再生制动,液压泵和液压马达的效率都稍大于90%,蓄能器的效率约为98%。

液压混合动力汽车的能量存储系统提高工作效率

除了使用内燃机产生驱动力外,液压系统也能够提供动力进行驱动。在液压系统中,能量以压缩液体的形式或类似的形式储存在蓄能器中。要对液体增压,就需要内燃机产生动力和能量来驱动液压泵,而提取能量时需要使用液压马达。换句话说,液压泵类似于电机,而液压马达类似于电机,蓄能器中的增压液体类似于电池。可以看出,液压系统与电气系统存在一对一的等价关系。

在图7-47所示的液压混合动力汽车(HydraulicHybridVehicle,HHV)系统构架中,液压泵替代了交流发电机,液压马达替代了电机,液压蓄能器替代了蓄电池,HHV控制器替代了HEV控制器,而液压阀系统则替代了电力电子系统。

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图7-47 HHV系统构架

图7-48所示为一套完整HHV卡车物理架构。其中液压蓄能器包括一个充有诸如氮气这种安全气体的高压蓄能器。其缸内压力高达21~35MPa(3000~5000psi),而低压缸内的压力可以很低,只有几百帕。内燃机驱动液压泵,液压泵将液体从低压缸内抽出,将其泵到非常高的压力送入高压缸,机械能最终以高压气体的形式被储存起来。驱动车轮时,从高压缸出来的高压液体流过液压马达从而驱动动力总成。液压马达吸入高压液体,将其储存的能量转化成车轮处的机械能,而当液体流过液压马达后,其压力骤降,并被送到低压缸。至此,液压循环就完成了。

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图7-48 HHV卡车物理架构

应当注意的是,就每千克质量储存的能量而言,液压储能系统中的能量储存量是非常低的。例如,液压蓄能器的能量储存密度大约为1.9W·h/kg,而蓄电池的能量密度能达到30~120W·h/kg。但是,液压系统的功率密度可达到2500W/kg,而电动系统的功率密度只有650W/kg。所以显而易见,液压混合动力系统非常适用于功率需求大且能量需求相对较低的系统,特别适用于大功率急加速和急减速的工况。(www.zuozong.com)

将液压系统用于驱动的一个最大的好处在于,能够避免对传统的笨重传动系统的需求。同时,液体能更容易地从一点转移到另一点,而不需要精密、复杂的变速器或机械连接装置等。但是,为了能够使内燃机在最佳工作点下运行,需要增设某种形式的能量存储系统,在液压混合动力系统中,可通过充有气体的蓄能器来实现这一需求。

从图7-49中可以看到,对于液压式混合动力汽车的再生制动,液压泵和液压马达的效率都稍大于90%,蓄能器(包括高压缸和低压缸)的效率约为98%。整个再生制动过程的效率大约是82%。

图7-50所示为囊式蓄能器和膜片式蓄能器。图7-50a所示为囊式蓄能器,其中囊B内充有可被压缩的气体(体积为V)。当液体从底部流进缸体中时,囊可膨胀或收缩,这样能量就能在压缩时被储存在气体中,膨胀时再从气体中被释放出来。因此,能量是通过液体自身来传递的。图7-50b所示为膜片式蓄能器,从底部流入的液体推动膜片D,膜片D的变形改变了其上方气体的体积V,这部分气体是充于缸体和膜片之间的。

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图7-49 HHV中再生制动效率的分布

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图7-50 囊式和膜片式蓄能器

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