李爾欣

能量回收有幾種

說到能夠在駕駛者松開油門時白發(fā)地為動力電池充電的“隱藏發(fā)電機”，這顯然是指新能源汽車的動能回收系統(tǒng)，并且是與制動系統(tǒng)相結(jié)合的制動能量回收系統(tǒng)，又稱再生制動系統(tǒng)或能量回饋式制動系統(tǒng)。

因為，并不是所有Kinetic Energy Recovery System動能回收系統(tǒng)都會把收回來的能量存到電池里。比如在燃油車嘗試過的機械飛輪式KERS系統(tǒng)中就沒有電池和電機，而是將車輛減速時產(chǎn)生的動能通過高速旋轉(zhuǎn)的飛輪暫存起來，之后再釋放出來用以短時間驅(qū)動車輛，從而在制動與再啟動之間為發(fā)動機爭取到短暫的休息機會，進而減少油耗與排放。此外，在可用于軌道交通工具的飛輪儲能式再生制動系統(tǒng)中也沒有電池：在制動時，多余的動能先變成電能驅(qū)使電機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)存為動能，隨后飛輪再減速釋放動能，驅(qū)動電機使其發(fā)電。

換句話說，只有現(xiàn)役新能源汽車廣泛應(yīng)用的電池——電機式動能回收系統(tǒng)，才會在車輛制動或減速滑行時將動能轉(zhuǎn)化成電能，并給動力電池充電。

01.機械飛輪式動能回收系統(tǒng)。

常見的新能源車能量回收方法

只是在實際應(yīng)用中，電池—電機式動能回收系統(tǒng)的放電過程并不一定都是先由電機的轉(zhuǎn)子磁體在慣性作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)生成磁感應(yīng)線，然后被定子繞組切割磁感應(yīng)線，從而產(chǎn)生反向感應(yīng)電流，再讓電流經(jīng)逆變器回充給動力電池（說白話點就好像燃油車是發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機，而這個過程是利用車輛的移動動能驅(qū)動電機發(fā)電）。

事實上，當(dāng)電機控制器收到減速信號時，立馬就能通過控制交變電流的相位等方式使電機在不改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的前提下，產(chǎn)生反向扭矩，并直接輸出反向功率，讓電動機變發(fā)電機，直到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降至Orpm才結(jié)束反向充電。與此同時，通過傳動機構(gòu)與車輪耦合的電機轉(zhuǎn)子，也利用反向扭矩，對車輪施以電制動，直到它完全停止旋轉(zhuǎn)。

02.電池—電機式動能回收系統(tǒng)。

而在整個電制動過程中，電機控制器還可以根據(jù)人工指令調(diào)節(jié)驅(qū)動定子繞組的電流，從而改變定子磁場的強度，進而控制轉(zhuǎn)子的力矩，亦即電機的扭矩。又因為扭矩與電機驅(qū)動或發(fā)電時的功率成正比，而在動能回收系統(tǒng)中，發(fā)電功率又等同于能量回收強度，也就是說，能量回收強度調(diào)得越大，定子“拉扯”轉(zhuǎn)子的力度便越大，而轉(zhuǎn)子也會因此更快地停止轉(zhuǎn)動，相應(yīng)地，車內(nèi)乘員感受到的拖拽感與頓挫感便愈發(fā)強烈。

回收效率仍有優(yōu)化空間

這意味著，越是需要頻繁制動的路況，越應(yīng)當(dāng)調(diào)高能量回收強度，最好一收油門就能激活電制動，既能多充電，又能保護傳統(tǒng)的液壓剎車系統(tǒng)。相反，在需要暢順動力的高速巡航等場景，則需調(diào)低能量回收強度，以便維持車速或舒適的駕乘體驗。

然而，電池一電機式動能回收系統(tǒng)雖然可以為電池充電，并額外提供再生電能制動，但由于在回收動能的過程中要經(jīng)過機械能向電能、電能向化學(xué)能等多次能量轉(zhuǎn)換，因此，其能量回收效率并不及機械飛輪式和電驅(qū)飛輪式：即便在較為理想的條件下，電池一電機式動能回收系統(tǒng)也只能回收到34%的能量，而機械飛輪式與電驅(qū)飛輪式的回收率卻分別高達70%和90%左右。要是再考慮到現(xiàn)實世界的各種阻力跟損耗，實際回收效率可能只有10%上下，約等于為車輛延長10～20km的續(xù)航里程。這點補償對于已經(jīng)綁定里程焦慮的新能源汽車來說，未免略嫌杯水車薪。

不僅如此，現(xiàn)役電池一電機式動能回收系統(tǒng)還有別的“毛病”。比如在收油門激活電制動時，只有少數(shù)車型會在單踏板模式下點亮剎車燈，多數(shù)車型即便已有明顯的減速也不會亮起剎車燈，存在較大的安全隱患。另外，動能回收系統(tǒng)在發(fā)電時的電壓與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)，因此當(dāng)車速過低時，動能回收系統(tǒng)發(fā)電機的電壓就會低于電池的輸入電壓，為避免額外耗電，系統(tǒng)會停止回收動能并暫停電制動，而此時并非所有使用單踏板模式的車型都會用液壓制動系統(tǒng)繼續(xù)剎車，相反，有部分車型會因為電制動的消失而開始滑行，以至于發(fā)生事故。

總而言之，目前使用的電池一電機式動能回收系統(tǒng)仍有優(yōu)化、完善的空間，包括但不限于：1.調(diào)整回收策略，讓液壓制動與電制動之間能夠無縫切換，并且配合得更加協(xié)調(diào)，在盡量多回收能量的同時，也能及時給予車輛足夠的制動力;2.調(diào)校電機控制器，進一步降低電制動力對車輛動態(tài)的影響……

動能回收系統(tǒng)的復(fù)合制動系統(tǒng)

由于傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)仍是乘用車的主流制動系統(tǒng)之一，因此，多數(shù)應(yīng)用動能回收系統(tǒng)的新能源汽車實際上配備的都是由液壓制動與電制動組成的復(fù)合制動系統(tǒng)。于是，如何協(xié)調(diào)兩套制動系統(tǒng)互相配合工作，便成為設(shè)定動能回收策略的一大課題。

既然是基于電信號進行操作，那自然要有電子控制部件，哪怕是原始的真空助力液壓制動系統(tǒng)，也必須裝上EVP電子真空泵，并輔以氣壓傳感器和ESP車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)，才能配合動能回收系統(tǒng)的電制動系統(tǒng)共同完成制動操作。

目前，主流純電動車普遍采用EHB電控液壓制動系統(tǒng)來搭檔再生電制動系統(tǒng)。其中，無論EHB系統(tǒng)是否集成ESP，整個復(fù)合制動系統(tǒng)都支持由加速踏板或制動踏板激活再生制動系統(tǒng)，并由制動系統(tǒng)的ECU電子控制單元智能分配再生制動與液壓制動的補償比例，以確保得到線性、持續(xù)的制動力以及萬全的失效保護。順便一提，在此類復(fù)合制動系統(tǒng)中，剎車踏板若能與制動系統(tǒng)解耦，不僅可以讓ECU更自由地協(xié)調(diào)控制兩套制動系統(tǒng)，更能靈活模擬駕駛者想要的踏板感受。

眼下，部分廠商正在嘗試用沒有任何液壓裝置的EMB電子機械制動系統(tǒng)取代EHB制動系統(tǒng)，或者與之并立。畢竟電機的響應(yīng)要快得多，而且更易調(diào)控和養(yǎng)護。但現(xiàn)有EMB制動系統(tǒng)的制動力還達不到EHB的強度，仍有待完善。

F1賽車的動能回收系統(tǒng)

不管動能回收系統(tǒng)本身誕生于何時，但老百姓最早聽到“動能回收系統(tǒng)”這個詞應(yīng)該是在2008年。當(dāng)時，經(jīng)過FIA的大力宣傳，外界都知道F1車隊將要自愿試用一套名為KERS動能回收系統(tǒng)的“環(huán)保裝置”，并且有兩個選擇：由FIvnnd Svstems LLP公司開發(fā)的機械飛輪式KERS;以及多家車隊基于各自的制造商資源研發(fā)的電池—電機式動能回收系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)的工作原理跟現(xiàn)在民用車的對應(yīng)版本大同小異，但當(dāng)年不夠成熟的技術(shù)讓F1賽車的KERS表現(xiàn)得極其不靠譜，不但危險，而且效果也低于預(yù)期。以至于KERS系統(tǒng)在2010賽季一度退出F1賽場。

2014年，已回歸3年的KERS系統(tǒng)進化成ERS能量回收系統(tǒng)。新的ERS系統(tǒng)包括MGU-K動能電機、MGU-H熱能電機、ES儲能單元和CE控制單元。其中，MGU-K便是此前KERS動能回收系統(tǒng)的電機單元，而MGU-H則是新增的熱能電機，本質(zhì)上是由渦輪發(fā)動機的廢氣帶動的發(fā)電/驅(qū)動一體電機，除回收熱能發(fā)電外，還可以電力驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)子。同時，MGU-K與MGU-H轉(zhuǎn)換的電能則在CE的調(diào)配下統(tǒng)一存入ES的電池中。

而根據(jù)最新的2021賽季規(guī)則，屆時，F(xiàn)1賽車將采用統(tǒng)一規(guī)格的ES和CE，以及性能更強、且支持手動控制的MGU-K動能回收系統(tǒng)，并取消MGU-H熱能回收系統(tǒng)。

01.奧迪曾研發(fā)過從懸掛回收能量為電池充電的能量回收系統(tǒng)。

02.F1賽車動力單元里的MGU-K熱能電機其實是回收熱能發(fā)電的能量回收系統(tǒng)。

此外，純電動車還需考慮頻繁充放電對于電池性能與壽命的影響，并針對不同的電池狀態(tài)設(shè)定相應(yīng)的回收策略。而對于油電混合動力車，情況又有些復(fù)雜，例如在部分混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機與驅(qū)動電機直接相連，并且沒有額外配備發(fā)電啟動電機，一旦電制動系統(tǒng)工作時，正好發(fā)動機也在做功，就會抵消部分能量，并加重發(fā)動機內(nèi)部的機械摩擦損耗，這時就需要電控系統(tǒng)及時關(guān)閉發(fā)動機，或通過離合器將發(fā)動機與電動機解耦……。凡此種種，都是今后動能回收系統(tǒng)的改良方向。