【日本铃木】EneCharge再生制动系统原理解析
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汽车减速时带动发电机发电,为铅酸蓄电池与锂离子电池充电,并向电气设备供电。




减速能量再生

铃木公司的轻型汽车“aruto”“ rapan”虽然是燃油汽车,但其搭载了名为“EneCharge”的减速再生制动系统,燃油经济性能提高约 3%。这个系统使用12V/36W·h 锂离子电池组、额定功率为 1.2kW 的发电机。

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除了较长的下坡,汽车减速的持续时间都比较短,为了尽可能完全回收减速能量,需要注意以下几点。


① 实现动能与电能转换的发电机,其发电容量与发电电流要能满足需求。也就是说,为了满足车体很重的车辆的急刹车能量回收需要,发电机要有足够大的容量。另外,发电机发出的电为交流电,将交流电变为直流电的电路,也同样需要满足容量需求。

② 电池的充电功率允许值,要与发电机的发电容量相对应,如上文所述,这要求电池的内阻较低。




如果锂离子电池也为 12~14V

将电压为 3.7V 的锂离子电池单元进行串联,可以组成电压很高的电池。为了与铅酸蓄电池共同使用,可以将锂离子电池电压调整为与铅酸蓄电池充放电电压特性相近的 12~14V 附近。这样一来,2 组电池之间便无需 DC-DC 变换器。

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锂离子电池组中的切换开关,包括 2 个 MOS开关、1 个旁路继电器,决定了发电机的发电输出路径。




 “EneCharge”系统的工作原理


下面我们来说明”EneCharge”系统在各行驶状态下的工作原理。

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停车、首次启动

即使在停车及故障保护时,遥控门锁等部分电气设备也需要工作。这时只有旁路继电器保持导通状态,使用铅酸蓄电池对电气设备供电。这与普通汽车的形式相同。首次启动发动机时,也由铅酸蓄电池为启动机供电。

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加速

汽车加速时,发电机须停止发电,以减轻发动机的负担。在保证加速性能的同时,减少油耗。此时,由铅酸蓄电池与锂离子电池共同为电气设备供电。需要注意的是,此时只有 2 号 MOS 开关保持导通,故铅酸蓄电池与锂离子电池之间是相互隔离的。

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减速(13km/h 以下)

减速到 13km/h 以下时,发动机将自动停止运转,以减少油耗。此阶段与减速时(13km/h 以上)相同,发电机发电,为 2 组电池充电。

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 暂时停车(等待红绿灯)

当汽车因等待红绿灯而停车时,发电机停止发电。这时,只有 2 号 MOS 开关保持导通,电气设备由铅酸蓄电池或锂离子电池供电。

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重新启动

与加速时、暂时停车时相同,只有 2 号 MOS 开关保持导通,部分电气设备由锂离子电池供电。这样,可以减轻为启动机供电的铅酸蓄电池的负荷。

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对应怠速熄火的电池容量为 36W·h

“EneCharge”系统采用适用于怠速熄火系统的锂离子电池组(电装公司开发),安装在副驾驶座下面。电池组的尺寸为 178mm×200mm×70mm,质量为 2.5kg,内部包含切换开关、控制电路、锂离子电池,锂离子电池采用 5 节 2.4V/3A·h电池单元串联。此电池的容量为 36W·h,大约是轻型汽车的铅酸蓄电池的 1/10。与普锐斯的 1.3kW·h 镍氢电池相比,只有其约 3% 的容量。然而,在怠速熄火 2min后,电池的 SOCa 大约下降了 10%。此处,假设怠速熄火时电气设备的平均功率为 100W。将 36W·h 换算成瓦特·秒,约为 130kW·s。100W 在 2min(120s)内消耗的电能为 12kW·s,大约是总容量的 10%。另一方面,再生制动时能够回收的能量,也是发电机的最大发电量,约为 1.2kW。这意味着,每秒钟大约能充电 1%。一般来说,锂离子电池的充放电区间,大约是总容量的 30%~80%。

 

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