中职《新能源汽车概论》教案第10课认识制动能量回收系统.docx

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1、课题认识制动能量回收系统课时2课时(90min)教学目标知识目标：（1）掌握制动能量回收系统的结构和制动能量回收的实现过程（2）熟悉制动能量回收控制策略技能目标：能够分析制动能量回收的实现过程和控制策略素质目标：（1）弘扬追求突破、追求革新的创新精神（2）强化安全生产意识和集体责任感（3）厚植爱国爱党、服务人民的社会主义情怀教学重难点教学重点：掌握制动能量回收系统的结构和制动能量回收的实现过程教学难点：熟悉制动能量回收控制策略教学方法任务引入法、问答法、讨论法、实践操作法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：课前任务一考勤（2min）任务引入（5min）传授新知（33min）

2、课堂讨论（5min）第2节课：传授新知（35min）T课堂讨论（5min）一课堂小结（3min）作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单认识制动能量回收系统”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过APP或其他学习软件，收集分析制动能量回收系统的相关资料，并进行了解【学生】提前上网观看相关资料，熟悉教材通过课前的预热，让学生了解所学课程的大概内容，激发学生的学习欲望考勤(2min)【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况任务引入（5min）【教

3、师】讲述制动能量回收系统的适用情况【学生】聆听、思考、举手回答通过讲解任务相关背景知识，让学生带着相关背景去探索新知识传授新知（33min）【教师】讲解制动能量回收的实现过程、系统的结构、制动能量回收的实现过程制动能量回收也称再生制动，是指在车辆滑行、减速或下坡时，将车辆行驶过程中的动能及势能转化或部分转化为车载可充电储能系统的能量存储起来。制通过讲解、图片展示、课堂互动等教学方法，让学生了解制动能量回收的实现过程、系统的结 构、制动能量回 收的实现过程动能量回收对于提高纯电动汽车的能量利用率具有重要意义。有关研究表明，在存在较频繁的制动与启动的城市工况运行条件下，有效地回收制动能量，大约可降

4、低纯电动汽车15%的能量消耗，可使纯电动汽车的续驶里程增加10%30%。5.2.1制动能量回收方法根据储能机理不同，制动能量回收方法主要有飞轮储能式、液压储能式和电池储能式三种。1 .飞轮储能式制动能量回收飞轮储能式制动能量回收是利用高速旋转的飞轮来储存和释放能量的，飞轮储能式制动能量回收原理如图所示。当车辆减速或制动时，先将车辆在减速或制动过程中的机械能通过传动装置转化为飞轮高速旋转的机械能；当车辆再次启动或加速时，高速旋转的飞轮又将其存储的机械能通过传动装置转化为车辆行驶的驱动力。2 .液压储能式制动能量回收液压储能式制动能量回收原理如图所示。它先将车辆在减速或制动过程中的机械能通过液压系

5、统转化为液压能，并将液压能储存在液压储能器中；当车辆再次启动或加速时，液压储能器又将其存储的液压能以机械能的形式反作用于车辆，以增加车辆的驱动力。3 .电池储能式制动能量回收电池储能式制动能量回收原理如图所示。能量转换存储能量它先将车辆在减速或制动过程中的机械能，通过发电机转化为电能并储存在动力电池中；当车辆再次启动或加速时，再将动力电池中的电能通过电动机转化为车辆行驶的机械能。动力电池可采用锂离子电池或超级电容，由发电机/电动机实现机械能和电能之间的转化。该系统通常还包括一个控制单元，用来控制动力电池的充放电状态，并保证动力电池的剩余电量在规定的范围内.【课堂讨论】随机挑选学生回答问题上述三

6、种制动能量回收方法的异同？【学生】聆听、思考、讨论问题【教师】总结学生的回答4 .2.2制动能量回收系统的结构【多媒体演示】组织学生扫码观看”制动能量回收系统”视频，帮助学生了解制动能量回收系统目前，纯电动汽车普遍采用电池储能式制动能量回收，在制动能量回收过程中需要将机械能转化成电能并产生电气制动力矩，在车辆需要时将电能转化成机械能来驱动车辆。能量转化的工作可由驱动电机或轮毂电机完成。以采用四轮轮毂电机驱动的纯电动汽车为例，其制动能量回收系统的结构原理如图所示。汽车行驶方向信号线高压线液压管路A空管路制动能量回收系统主要由轮毂电机、电机控制器、逆变器、制动控制器、动力电池及电池管理系统等组成。

7、车辆的制动过程是由液压摩擦制动与轮毂电机再生制动协调完成的.当车辆进行制动时，制动控制器根据不同的制动工况发出不同的指令，通过电机控制器控制轮毂电机进行能量回收。5 .2.3制动能量回收的实现过程制动能量回收的实现过程如下,(1)在制动开始时，电池管理系统将动力电池的SOC发送给制动控制器，当SOC0.8时，不进行能量回收；当0.7SOC08时，制动能量回收受动力电池允许的最大充电电流制约；当SOC0.7时，制动能量回收不受动力电池允许的最大充电电流制约。(2)制动控制器接收由压力变送器传送的制动主缸压力信号，并计算出车辆所需的轮毂电机制动强制动能量回收系统度上限。(3)制动控制器根据轮毂电机

8、的转速，计算轮毂电机实际能够提供的制动强度。(4)比较需求的轮毂电机制动强度上限和轮毂电机实际能够提供的制动强度，并将结果作为电信号发送给电机控制器。(5)轮毂电机工作在发电机状态下，对外输出交流电，电机控制器通过逆变器限制轮毂电机产生的最高电压并对电压进行升压，以满足动力电池的充电要求，从而将电能转移到动力电池中。(6)为了保护动力电池，电池管理系统需要时刻监测动力电池的温度,如果温度过高则停止制动能量回收。【学生】聆听、思考、理解、记忆课堂讨论(5min) 【教师】组织学生以小组为单位讨论以下问题：(1)制动能量回收方法有哪些？(2)简述电池储能式制动能量回收的基本原理？ 【学生】聆听、思

9、考、小组讨论，由小组代表发表讨论结果 【教师】与学生一起评价各组的发言通过课堂讨论，激发学生的学习兴趣，加深学生对所学知识的理解第二节课传授新知(35min)【教师】通过大家的发言，引入新知，讲解影响制动能量回收的因素、常用的制动能量回收控制策略5.2.4制动能量回收控制策略1.影响制动能量回收的因素以采用四轮轮毂电机驱动的纯电动汽车为例，影响其制动能量回收的因素主要有以下几个方面。1)轮毂电机的特性轮毂电机既作为制动能量回收时的发电机，又作为提供驱动力的电动机，其空载特性、负载特性、功率特性、转矩特性、转速特性、效率特性等机械特性直接影响制动能量回收的效果。此外，在制订制动能量回收控制策略时

10、，还要考虑轮毂电机温升效应的影响。2)动力电池的特性在动力电池SOC较高时，应不进行制动能量回收或者只进行小功率的制动能量回收。当动力电池SoC较低时，在不影响安全的情况下，应适当提高制动能量回收效率。在城市道路工况下通常需要频繁进行制动能量回收，同时如果充电时间过长或者充电电流过大将影响动力电池的性能，这就要求动力电池具有较高的充放电循环寿命和快速充放电能力。3)车辆行驶工况车辆在不同工况下行驶时，对制动频率、制动强度的要求也不同。制动越频繁、制动强度越低，车辆可以回收的制动能量就越多。4)操作的便利性与制动的安全性车辆在制动时，首先需要保证的是满足驾驶员的制动需求和制动时车辆对稳定性的要求

11、。在此前提下，应尽可能多地回收制动能量。在车辆滑行阶段(驾驶员无制动需求)，制动能量回收会使车辆明显减速，此时为了保证车速，驾驶员需要踩踏加速踏板；而在车辆制动时，制动能量回收会使轮毂电机提供电气制动力矩，并与机械制动力矩共同作用于制动系统,这会加快车辆的制动，容易使车辆出现车轮抱死。因此，在制订制动能量回收控制策略时，必须考虑操作的便利性与制动的安全性。2.常用的制动能量回收控制策略不同车型之间的制动能量回收控制策略大不相同.下面从制动力矩的控制方面出发，介绍并联式、串联式两种常用的制动能量回收控制策略。1)并联式制动能量回收控制策略并联式制动能量回收控制策略是在车辆原有的机械制动基础上,叠

12、加一部分电气制动力矩，具有成本低、改动少的特点，目前应用较为广泛。并联式制动能量回收系统的制动力矩特性如图所示.通过讲解、图片展示、课堂互动等教学方法，让学生了解影响制动能量回收的因素、常用的制动能量回收控制策略观察上图，说一说制动力矩与制动踏板开度的关系？【学生】聆听、思考、讨论问题【教师】总结学生的回答当制动踏板开度很小时，机械制动力矩存在一段死区，以作为制动踏板的自由行程，之后将随制动踏板开度的增大而加速增大，这与传统燃油汽车的制动方式一致。电气制动力矩则不存在死区，并随制动踏板开度的增大而缓慢增大.在制动踏板开度为零的情况下，存在一定的电气制动力矩，此时存在能量回收，即滑行能量回收。机

13、械制动力矩与电气制动力矩同时变化，两者共同组成总制动力矩。并联式制动能量回收控制策略的优点是容易实现，对车辆原有的制动系统改造较少，成本较低；缺点是制动能量回收效率较低，当制动能量回收提供的电气制动力矩发生变化时，总制动力矩也发生变化，这就使总制动特性不固定。此外，还有以下两点需要说明。(1)滑行能量回收虽然有利于提升车辆的经济性，但考虑到驾驶舒适性，此时的电气制动力矩要适当小一些，避免由于滑行能量回收导致车速降低太快，而使驾驶员不得不踩踏加速踏板来保持车速。(2)该控制策略未考虑车速变化带来的影响。在实际中，当车速较高时可适当增大电气制动力矩；当车速较低时可适当减小电气制动力矩。2)串联式制

14、动能量回收控制策略串联式制动能量回收控制策略是将机械制动与电气制动进行耦合，优先使用电气制动，当车辆所需的制动力矩较大，制动能量回收所提供的电气制动力矩无法满足制动需求时，才选择使用机械制动，从而在保持制动效果的前提下完成制动能量回收。采用串联式制动能量回收控制策略，与传统的单机械制动相比，驾驶员的制动感觉基本不变，且制动能量回收效率明显提升，但电气制动、机械制动的力矩均要可调，这就增加了制动系统结构的复杂性.同时，为了保证车辆的行驶稳定性和安全性，制动能量回收系统要与ABS(antilockbrakesystem)协调，对控制系统的实时性要求较高。串联式制动能量回收控制策略的优点是制动能量回

15、收效率较高；缺点是需要对机械制动系统进行改造，为实现较好的制动感觉，需要较为复杂的控制手段与控制逻辑.【学生】聆听、思考、理解、记忆课堂讨论(5min) 【教师】组织学生以小组为单位讨论以下问Sg：影响制动能量回收的因素有哪些？ 【学生】聆听、思考、小组讨论，由小组代表发表讨论结果 【教师】与学生一起评价各组的发言通过课堂讨论，激发学生的学习兴趣，加深学生对所学知识的理解课堂小结(3min)【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了制动能量回收的实现过程、系统的结构、制动能量回收的实现过程，影响制动能量回收的因素、常用的制动能量回收控制策略；希望大家课下能多练习，对制动能量回收的实现过程、系统的结构、制动能量回收的实现过程，影响制动能量回收的因素、常用的制动能量回收控制策略有一定认识，并能正确、码的分析制动能量回收的实现过程和控制策略【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固印象作业布置(2min)【教师】布置课后作业【学生】完成课后任务复习巩固学到的知识，并能学以