侯濤、徐佳

（云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 650500)

1 新能源汽車概述

新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。

新能源汽車主要包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車和其他新能源汽車等。近年來，純電動汽車得益于現(xiàn)代電工及電子技術(shù)的突飛猛進，從技術(shù)和性能方面均得到長足發(fā)展，成為新能源汽車中的一匹黑馬。其綜合性能得到充分肯定，因而得到廣泛重視，成為重點研究開發(fā)的項目。因此，純電動汽車變成了新能源汽車的代名詞。

1834年，美國人托馬斯制造出第一輛直流電動機驅(qū)動的電動汽車，經(jīng)歷了180多年的悠久發(fā)展歷史。但是由于電工及電子技術(shù)和汽車工業(yè)發(fā)展的制約，電動汽車研發(fā)基本上處于較低的層面，僅在某些特定范圍應(yīng)用，一直未能形成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。而在電動汽車之后出現(xiàn)的內(nèi)燃機汽車，借助20世紀的科學(xué)技術(shù)和機械工業(yè)發(fā)展而飛速發(fā)展，再加上電子技術(shù)和計算機技術(shù)的應(yīng)用，使得現(xiàn)代汽車技術(shù)性能更加爐火純青，得到全面發(fā)展。

然而，大規(guī)模爆發(fā)式增長的現(xiàn)代汽車工業(yè)加劇了全球能源危機，加速了石油資源消耗，石油資源面臨著枯竭的危險。因而，研發(fā)新能源汽車，尋找替代能源促進汽車工業(yè)發(fā)展成為現(xiàn)代汽車發(fā)展的新課題。隨著電子、電工技術(shù)、計算機技術(shù)和材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車得到了長足發(fā)展。特別是近年來各國采用新材料和新技術(shù)，使電動汽車在電池技術(shù)、電機技術(shù)和控制技術(shù)等方面得到飛速發(fā)展，車輛性能得以不斷提高。尤其是新能源汽車能量回收技術(shù)的應(yīng)用，取得了令人矚目的成績，新能源汽車節(jié)能環(huán)保的品質(zhì)也更加突出[1]。

2 新能源汽車結(jié)構(gòu)原理

2.1 純電動汽車結(jié)構(gòu)原理

純電動汽車是在傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是以電力驅(qū)動作為汽車的動力。電力驅(qū)動是純電動汽車唯一驅(qū)動方式，其基本結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

傳統(tǒng)的燃油汽車使用汽油或柴油作為燃料，通過離合器、變速器和傳動軸等動力傳動機構(gòu)，驅(qū)動車輛行駛。而純電動汽車是以動力電池作為動力來源，以電動機為驅(qū)動裝置，在車載控制系統(tǒng)的控制下，驅(qū)動車輛行駛。由于電動機驅(qū)動不同于傳統(tǒng)內(nèi)燃機驅(qū)動，且具有電子和電氣設(shè)備精準靈活的控制特點，使得純電動汽車的驅(qū)動結(jié)構(gòu)和性能特性，與傳統(tǒng)燃油汽車存在較大差異。純電動汽車動力傳動鏈更加緊湊與便捷，車輛控制更加高效、靈活和準確。

純電動汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車主要的區(qū)別在于其動力驅(qū)動系統(tǒng)。純電動汽車以車載動力電池作為動力源，而傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動機汽車是以燃油作為動力源；純電動汽車用電動機替代內(nèi)燃發(fā)動機驅(qū)動車輛行駛；純電動汽車以高壓電流作為動力系統(tǒng)，而傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動機汽車，除點火系統(tǒng)用高壓低電流之外，其他電源均為低壓弱電系統(tǒng)。純電動汽車具有制動再生能量回饋功能。

純電動汽車主要包括電動機、動力電池、電控系統(tǒng)、充電機和DC/DC等高壓設(shè)備。常用電動機主要有直流電機、交流感應(yīng)異步電機、永磁電機和開關(guān)磁阻電機。動力電池通常為鋰離子電池。

圖1 純電動汽車基本結(jié)構(gòu)原理

2.2 混合動力汽車結(jié)構(gòu)原理

混合動力汽車是在內(nèi)燃發(fā)動機的動力驅(qū)動平臺基礎(chǔ)上，用內(nèi)燃發(fā)動機與電動機共同組成混合驅(qū)動系統(tǒng)（油電混合），動力耦合驅(qū)動平臺取代傳統(tǒng)單一的發(fā)動機動力驅(qū)動平臺，車輛行駛中使用其中一種或多種動力源提供部分或者全部動力?；旌蟿恿︱?qū)動系統(tǒng)分為串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)幾種方式，混聯(lián)混合動力汽車是目前混合動力汽車的發(fā)展方向。

混合動力汽車在電控系統(tǒng)的作用下，能夠通過其智能控制系統(tǒng)自動優(yōu)選及切換內(nèi)燃發(fā)動機和動力電機驅(qū)動模式。使得混合動力汽車能夠發(fā)揮內(nèi)燃發(fā)動機在中、高速工作時耗能少、驅(qū)動效率高、經(jīng)濟性能好及尾氣污染物排放低的工作性能，電動機在低速運行狀態(tài)下能夠輸出高功率和大扭矩的性能，從而達到節(jié)能環(huán)保的功效?；旌蟿恿︱?qū)動系統(tǒng)同樣具有制動能量回收攻能。

3 新能源汽車的能量回收技術(shù)

新能源汽車的制動系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油汽車制動系統(tǒng)不同，其功能除了對車輛產(chǎn)生制動作用外，還具有能量回收的功能。新能源汽車的節(jié)能技術(shù)除了節(jié)約燃油資源外，主要是通過制動能量回收系統(tǒng)來實現(xiàn)的。制動能量回收技術(shù)是現(xiàn)代新能源汽車的重要特性，也是一項區(qū)別于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的新技術(shù)。對于新能源汽車提高能源利用率、增強車輛的續(xù)航能力都具有十分重要的意義。

隨著新能源汽車技術(shù)的發(fā)展和控制技術(shù)的進步，電動汽車制動能量回收技術(shù)應(yīng)運而生。研究表明，車輛在使用過程中有大約20%的驅(qū)動能量在制動過程中損失掉。車輛制動能量回收系統(tǒng)能夠回收車輛在制動時釋放出的多余能量，并通過發(fā)電機將其轉(zhuǎn)化為電能，在充電控制系統(tǒng)作用下對動力電池充電，使車輛行駛過程中不斷補充動力電池的電量。

動力電池是電動汽車的關(guān)鍵部件，動力電池儲存能量的多少，直接決定著電動汽車續(xù)駛里程的多少。制動能量回收系統(tǒng)，相當于增加了動力電池的容量，可有效增加車輛的行駛里程。通過試驗證明，新能源汽車采用制動能量回收技術(shù)，可提高車輛動力能源10%～20%的利用率，有效延長了車輛的續(xù)航里程。

3.1 制動能量回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

新能源汽車制動系統(tǒng)由機械制動系統(tǒng)和再生制動系統(tǒng)2部分組成。機械制動系統(tǒng)和傳統(tǒng)汽車基本相同，再生制動系統(tǒng)可以利用驅(qū)動電機和控制電路，實現(xiàn)發(fā)電機的發(fā)電功能，使制動減速時的能量回饋給動力電池，從而得到再生利用（圖2）。

圖2 制動能量回收系統(tǒng)

當踩下制動踏板后,電動泵使制動液增壓產(chǎn)生所需的制動力，制動控制與電機控制協(xié)同工作，產(chǎn)生車輛的再生制動力矩和車輪上的液壓制動力矩。再生制動控制系統(tǒng)回收再生制動能量并回饋到動力電池中。機械制動機構(gòu)、ABS及控制閥的作用與傳統(tǒng)燃油車相同，作用是產(chǎn)生最大的制動力。

再生制動系統(tǒng)原理是在制動時，將汽車行駛的慣性能量通過傳動系統(tǒng)傳遞給驅(qū)動電機，驅(qū)動電機以發(fā)電機工作方式運行，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子軸，通過電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，?jīng)過逆變器的反向二極管回饋到直流側(cè)，為動力電池充電，實現(xiàn)能量的再生利用。與此同時，驅(qū)動電機電磁感應(yīng)力矩又可通過傳動系統(tǒng)對驅(qū)動輪施加反向扭矩,從而對車輛產(chǎn)生制動。

3.2 制動能量回收控制策略

制動過程中，制動能量回收系統(tǒng)的制動控制器（ECU），通過檢測傳感器信號識別出駕駛員的制動意圖及所期望的制動強度，并從整車控制器（VCU）接收車速及蓄電池荷電狀態(tài)(SOC)等信息。再生制動控制策略會根據(jù)當前的電動機狀態(tài)、動力電池狀態(tài)和車輛狀態(tài)計算出最佳的再生制動力和摩擦制動力，根據(jù)分配得到的摩擦制動力調(diào)節(jié)液壓控制單元。將分配得到的再生制動力信息發(fā)送給驅(qū)動電機控制器（MCU）從而進行調(diào)整控制。制動力分配是制動能量回收控制策略中最為核心的技術(shù)，制動力分配直接關(guān)系到汽車制動能量回收和制動效能。因此，制動力分配既要保證汽車的制動效能還要盡可能多地回收制動能量[2]。

制動系統(tǒng)中的能量回收功能與制動系統(tǒng)中ABS功能形成互鎖，在能量回收時，ABS制動功能不能正常工作。當制動中車速低于設(shè)定值時，ABS自動開啟工作狀態(tài)，能量回收功能關(guān)閉，確保車輛行駛安全。

4 結(jié)束語

新能源汽車是現(xiàn)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，采用電力驅(qū)動或混合驅(qū)動，可減少能源消耗。能量回收技術(shù)的應(yīng)用，更凸顯了新能源汽車節(jié)能環(huán)保的特性。隨著新能源汽車技術(shù)不斷發(fā)展，全球能源消耗過度問題將得到改善，節(jié)能環(huán)保的新能源汽車將迎來美好的明天。