《KERS动能回收系统》PPT课件.ppt

KERS动能回收系统,燕山大学 kangxiurui S11080204021,KERS动能回收系统,动能回收系统KERS(Kinetic Energy Recovery Systems) ，是FIA在F1赛车上使用的一项新技术。 基础原理：通过技术手段将车身制动能量存储起来，并在赛车加速过程中将其作为辅助动力释放用。 三种基本类型的KERS系统： 1.电池-电机动能回收(或油电混合动力)系统 2.机械飞轮动能回收系统 3.电驱飞轮动能回收系统,一.电池-电机动能系统,电池-电机动能回收系统的应用： 丰田的普锐斯，本田的INSIGHT、雷克萨斯、大众、福特等厂家的混合动力车型上都装有能量回收系统。奔驰S400混合动力车配备的电池-电机能量系统中，以锂电池作为存储介质。 电池-电机动能回收系统的优缺点 1. 优点：扭矩输出大、能量释放便于控制、技术成熟(不包含新电池技术) 。 2. 弱点：即便是最先进的锂电池，其能量密度和功率密度也是相对较低的，而且系统管理复杂，对温度敏感，自重大，系统效率：35-45%。,二机械飞轮KERS系统,基本原理及工作过程 主要部件：飞轮系统 离合器控制系统 无极变速器IVT 安装位置 优缺点 应用实例,二机械飞轮KERS系统,基础原理： 动能飞轮动能动能 工作过程： 当赛车在制动的过程中，车身动能会通过无级变速箱传入飞轮，此时处于真空盒中的飞轮被驱动、高速旋转积蓄能量。而当赛车在出弯时，飞轮积蓄的能量则通过无级变速箱释放，并在主变速箱的输出端在锥形齿轮上和引擎动力汇合后，输入后桥差速器的冠状齿轮，作为推动力传递给后轴。由写入SECU(标准ECU)的配套程序进行控制。,二机械飞轮KERS系统,实体构造,核心系统：飞轮 组件1.飞轮：飞轮是由碳纤维缠绕的钢圈制成的，大约重5KG。飞轮转速达到了64500rmp，可以存储60KW的能量。高转速飞轮储存的能量如果集中释放，大概能够为动力系统提供额外的80马力瞬时功率。 组件2.包容结构：为了防止飞轮出现碎裂的情况，需要一个非常坚固的结构来包容飞轮。 组件3.气密结构：该装置可以保持容器内 110-7bar的真空度。 组件4.轴承：轴承是飞轮系统的最大挑战，困难在于润滑，因为在真空中是不能使用润滑油润滑的。,二机械飞轮KERS系统,二机械飞轮KERS系统,控制系统： 一套启动离合器与齿轮组负责动能回收过程与释放过程的适时切换。飞轮动能回收系统也称离合器飞轮传动装置CFT KERS （ Clutched Flywheel Transmission）。 工作过程： CFT KERS中的三个不同齿数的齿轮之一会被主齿轮箱中的一组齿轮驱动，在车轮与飞轮之间提供一系列不同的总传动比。 电脑通过一套液压装置操控离合器的开闭，可以无缝的实现从一个齿比转到另一个齿比。,二机械飞轮KERS系统,传动装置IVT （infinitely variable transmission） 无限变速式无极变速器，不同于一般的皮带轮变速器，而是圆环曲面变速器。是一种高效、紧凑、速比连续可变的传动装置。,二机械飞轮KERS系统,CFT KERS系统与主动力链有多个备选接口相连，正如图中17所示。使用连接34的优点是可以将CFT中的齿轮与主齿轮箱的齿轮的传动系数相乘，但使用57接口也有其合理之处，那就是由于比较靠近赛车的驱动轮，可以有效的减少回收的刹车动能往返与车轮与飞轮之间的能量损失。,安装位置,二机械飞轮KERS系统,FB公司飞轮动能回收系统技术参数预览 技术方案：飞轮动能回收系统 技术原理：通过飞轮存储并释放能量 飞轮材质：钢/碳纤维 飞轮质量：5KG 飞轮转速：64500转/分 最大功率：60KW(FIA规定上限) 最大扭矩：130牛.米(理论) 最大能储：400千焦 系统总重：24KG 系统体积：13升 系统效率：6570%,二机械飞轮KERS系统,机械飞轮KERS系统的优缺点： 优点：制造成本低、效率高、结构简单、体积紧凑、重量轻、工作温度区间广、安全稳定、寿命长、可重复使用和环保。与前面讲的电池-电动动能回收系统相比，如下： 1)功率相同，飞轮动能回收系统的尺寸和重量只有电池-电机动能回收系 统的一半。 2)功率相同，造价只有电池-电动回收系统系统的1/4。 3)制造材料容易，易回收。 弱点：扭矩输出小和能量存储有限。另外技术欠成熟也是其弱点所在。,二机械飞轮KERS系统,应用实例：沃尔沃的Flywheel KERS 沃尔沃成功的将F1上的KERS技术应用在了量产车型上。沃尔沃声称，已经能利用此技术，实现油耗降低20%，还可提供车辆80匹马力，普通4缸发动机更能获得媲美6缸发动机的加速感。,制动过程一开始，驱动前轮的发动机立刻就停止工作。当汽车再次起步时，飞轮积蓄的能量可用来给汽车加速，或者在汽车达到巡航速度后给汽车提供动力。飞轮储存的能量足够为汽车提供短时间的动力，这样就对降低燃油消耗起到很大的作用。计算表明，在新欧洲行驶循环测试条件下，发动机能够在一半的行驶时间内处于关机状态。,二机械飞轮KERS系统,沃尔沃的Flywheel KERS 一套几乎完全由传统机械结构组成的飞轮KERS动能回收系统，仅用齿轮组、碳纤维飞轮、少量电控设备就实现了原本油电混合动力系统中所需的电池组、电动机、齿轮组、复杂电控设备这样庞杂机构的相同功能，并且可靠性、耐久性以及易维护性都更上一层楼。,三电驱飞轮KERS系统,储能原理 核心部件：飞轮系统 工作过程 安装位置 系统的优缺点 应用实例,三电驱飞轮KERS系统,储能原理： 电能机械能电能 电驱飞轮KERS系统实际上就是用飞轮代替了电池。,三电驱飞轮KERS系统,工作过程 当赛车在入弯制动的过程中，后轴驱动安装在尾部发电机(这是一台可在发电机和电动机之间相互切换的无刷电机)旋转，发电后将电输入飞轮内部的电机，接着电机驱动处在真空中的飞 轮旋转，将电能转化为机械能(相当于化学电池的充电过程)。当赛车通过弯心、全油门出弯时，飞轮内部的电机立即切换到发电机模式，飞轮带动发电机旋转，将存储的机械能通过电能的形式，把能量反向输送给尾部的电机(相当于电池的放电过程)。此时，尾部电机立即切换到电动机状态，电能驱动电动机旋转，其输出的动力与V8引擎的动力汇聚后，传递给后轴。这便是是威廉姆斯的电驱飞轮KERS的整个工作过程。,三电驱飞轮KERS系统,磁悬浮轴承代替一般轴承，用真空容器来承载飞轮电池，保持其工作环境的真空度等方法来减小轴承处的摩擦及空气的阻力，以降低系统的能量损失。选择不同的轴承，可以实现不同的转速。威廉姆斯的系统最大理论转速可以达到160000转/分。,核心部件：飞轮电池,三电驱飞轮KERS系统,安装位置： 在安装上真正有“选择权”的是集成度不高的电池-电机和电驱飞轮这两种方案。在F1赛车上有两种安装方式： 第一种方式是：将驱动电机像机械飞轮那样，安装在变速箱的动力输出端。电池则摆放在油箱附近，这种安装方式的特点是：兼顾了配重的要求，同时对油箱附近的空间要求较小。 第二种方式是：将驱动电机安装在发动机曲轴的另一端，即靠近油箱的一端。整套系统的最大限度的安装在了车体的中心位置，有助于最大限度的优化车身配重， 弊端是对油箱位置的空间要求大，而且如何处理电机和电池的冷却是个难题。,三电驱飞轮KERS系统,优缺点： 采用电驱飞轮蓄能，相较于传统的机械飞轮蓄能以及化学电池蓄能，有几个非常重要的优势： 第一，电驱飞轮不需要使用无极变速箱来实现能量向飞轮的输入输出，对降低系统质量有重大意义； 第二，向飞轮的能量输入和输入是通过电流的形式来实现的，因此系统不需要面对机械传输那样的密封问题。 第三，系统集成度低，飞轮电池的安装位置几乎不受限制 第四，目前，世界上较为先进的电驱飞轮，其净效率已高达95%。 第五，使用寿命长、性能稳定，当然机械飞轮也有这个优势。,三电驱飞轮KERS系统,应用实例 保时捷911GT3 R Hybrid混合动力赛车。 GT3 R Hybrid除了拥有480马力的4.0L水平对置发动机驱动后轮，还加装了两台电动机驱动前轮，以功率计算，两台电动机总共可以输出大约120kW（161马力）。在两台电动机的辅助下，GT3 R Hybrid的总功率将超过500马力。为这两