沈元興

摘 要：隨著世界各國政府對能源和環(huán)境問題關(guān)注度的不斷提升，節(jié)能減排成為了21世紀(jì)最重要的熱點話題之一。隨著汽車保有量的不斷攀升，汽車的能耗和排放問題日趨凸顯，發(fā)展新能源汽車是無疑是解決這一問題的最好手段。為了降低新能源汽車的能耗，提高其續(xù)航能力，新能源汽車能量回收已成為了國內(nèi)外各大汽車廠商、高校以及相關(guān)研究機構(gòu)的研究熱點。文章主要針對當(dāng)前新能源汽車能量回收技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析論述。

關(guān)鍵詞：新能源;汽車;能量回收

中圖分類號：U469? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）17-26-03

Analysis of Energy Recovery of New Energy Vehicles

Shen Yuanxing

（ Fuzhou Vocational and Technical College， Fujian Fuzhou 350108 ）

Abstract： As governments around the world pay more attention to energy and environmental issues， energy conservation and emission reduction have become one of the most important hot topics in the 21st century. With the continuous increase of car ownership， the problems of energy consumption and emissions of cars are becoming more and more prominent. The develop -ment of new energy vehicles is undoubtedly the best way to solve this problem. In order to reduce the energy consumption of new energy vehicles and improve their endurance， the energy recovery of new energy vehicles has become a research hotspot of major domestic and foreign automobile manufacturers， universities and related research institutions. This article mainly analyzes and discusses the current development status of new energy vehicle energy recovery technology.

Keywords： New energy; Automobile; Energy recovery

CLC NO.： U469? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）17-26-03

前言

隨著科技和工業(yè)快速地協(xié)同發(fā)展，全球的汽車保有量在不斷攀升，能源和環(huán)境污染問題也隨之日益凸顯。汽車作為人們出行最常用的交通工具之一，它在給人們帶來方便的同時也帶來了排放污染和能源的損耗問題。因此，降低其能耗和排放污染的問題，已成為的現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要方向[1]。為了改善這一問題，世界各國都加快了新能源汽車研發(fā)進(jìn)程，也相繼出臺了扶持新能源汽車發(fā)展的相關(guān)政策，在各國政府的大力推動下，新能源汽車技術(shù)難點正在一步步的被攻克，當(dāng)前新能源汽車的正處于高速發(fā)展階段[2]。新能源汽車采用電力驅(qū)動，而電力驅(qū)動的汽車早在1800年電池就己經(jīng)問世，1873年英國人Robert DaVidson采用鐵鋅電池（不可充電）作為動力源成功將一輛三輪馬車改造成世界上第一輛電動車[3]，之后不久可充電的電動汽車也隨之問世，但由于當(dāng)時的電動汽車存在著蓄電池電能密度低、充電時間長等缺陷，被后來出現(xiàn)的內(nèi)燃機汽車所取代。然而，環(huán)境和能源問題的日益凸顯，使得新能源汽車的研發(fā)又重新的被提上了日程。目前，新能源汽車已經(jīng)不止局限于純電動汽車，還包括混合動力汽車、燃料電池電動汽車、增程式電動汽車以及其他新能源汽車等。為了降低新能源汽車的能耗，提高其續(xù)航能力，新能源汽車能量回收成為了當(dāng)前新能源汽車研究的重要課題。

1 新能源汽車能量回收方式

由于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動力傳動路線長，導(dǎo)致其熱效率不到50%，大部分的能量在機械部件傳遞過程中是以“熱”的形式損失了。相較而言，新能源汽車則具有結(jié)構(gòu)簡單、電能轉(zhuǎn)化效率高的獨特優(yōu)勢。為了進(jìn)一步提高新能源的電能利用率，能量回收系統(tǒng)逐漸成為了新能源汽車的標(biāo)配。新能源汽車能量回收機制一般可分為液壓儲能、啟停系統(tǒng)、飛輪儲能以及制動能量回收4種[4]。其中，液壓儲能與啟停系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車上已經(jīng)得到運用;飛輪儲能由于其能量密度低，自放電率高，目前尚未能廣泛運用于新能源汽車上;制動能量回收方式在新能源汽車中最為常見的，它主要是通過回收車輛在制動或慣性中作用下釋放出的多余能量，通過發(fā)電機將動能轉(zhuǎn)化為電能儲存至蓄電池中，通過回收電能以達(dá)到提高新能源汽車的續(xù)航目的。

1.1 液壓儲能再生裝置

汽車液壓儲能裝置可在不改變傳統(tǒng)汽車結(jié)構(gòu)和使用功能的前提下，通過加裝一套液壓再生驅(qū)動總成，達(dá)到能量回收的目的。其主要是對在制動過程中被浪費掉的制動能量進(jìn)行有效回收儲存，然后通過回收的能量再次應(yīng)用于車輛起動和加速上，整個過程不僅實現(xiàn)了能量回收，還減少了制動器磨損。

1.2 飛輪儲能

飛輪儲能裝置主要包括3個核心部分：飛輪、電機和電力電子裝置，其能量轉(zhuǎn)化過程如圖1所示。飛輪儲能裝置具有充電快，壽命長，不受深度放電等影響等優(yōu)點，目前，在太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及航空航天等方面已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但飛輪儲能裝置仍存在著一些固有缺點，如當(dāng)車輛偏離直線行駛時，飛輪產(chǎn)生的陀螺力矩將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的操縱性能。除此之外，一旦飛輪發(fā)生故障，以動能形式存儲在飛輪中的能量可能會在短時間內(nèi)釋放出來，對設(shè)備甚至汽車造成巨大破環(huán)[5]。因此，目前飛輪儲能裝置仍無法在電動汽車上得到廣泛應(yīng)用。

1.3? 啟停系統(tǒng)

汽車啟停系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車已經(jīng)得到廣泛運用，且節(jié)能減排效果顯著，在城市工況下，智能啟停系統(tǒng)對發(fā)動機油耗和排放減少潛力最高可達(dá)15%[6]。相較于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車而言，啟停系統(tǒng)對新能源汽車在節(jié)能方面起到的效果不是很明顯，主要是由于新能源汽車在低速行駛或間斷啟停時，電動機的耗電量很低，車載其他用電設(shè)備的電能同樣需要由電池提供;而傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車在低速或怠速行駛時，由于燃燒室的燃燒條件變差，油耗反而增加且由于燃燒不充分導(dǎo)致排放更加惡劣。

1.4 制動能量回收

制動能量回收在新能源汽車中最主要的能量回收方式，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[7]。如圖2所示，它主要是通過回收車輛在制動或慣性中釋放出的多余能量并通過發(fā)電機將其轉(zhuǎn)化為電能，再轉(zhuǎn)存至蓄電池中用于汽車的動力行駛。

2 新能源汽車制動能量回收與使用性能

汽車的制動性能關(guān)系到汽車的安全性[8]，制動能量回收技術(shù)的運用除了不能影響汽車的安全性能外，還不能影響到其操縱性、舒適性與可靠性。就當(dāng)前的技術(shù)而言，制動能量回收力度與汽車的安全性、操縱性、舒適性以及可靠性仍然存在著較大的矛盾。目前市場上的新能源汽車基本上都設(shè)有三級能量回收等級，而各級的能源的回收率，不同廠家標(biāo)定的值也有所差異。如：本田的I-MMD系統(tǒng)，其一級能量回收率為20%，二級能量回收率為40%，三級能量回收率為65%。伴隨著能量回收等級的提升，汽車的減速度也會隨之增大，而能量回收過大時，松開油門車輛會出現(xiàn)急剎現(xiàn)象，不緊會影響駕駛者的感受，可能還會導(dǎo)致事故的發(fā)生。對于新能源公交車而言，能量回收過大導(dǎo)致的頓挫感還會導(dǎo)致乘客出現(xiàn)“暈車”現(xiàn)象，大大降低了乘坐舒適性。

2.1 舒適性和操縱性

在實際的汽車在行駛過程中，大多數(shù)駕駛者需求的減速度小于0.05g，對于新能源汽車而言，若設(shè)定的減速度為0.05g，則回收能量將非常有限，為了提高能量回收率力度，只能通過提升減速g值來實現(xiàn)。目前市場上有些車型將能量回收力度提升到0.15g～0.2g甚至更高，以達(dá)到增大能量回收力度的目的。在高速行駛時，減速度過大會導(dǎo)致出現(xiàn)明顯的“點頭”現(xiàn)象，若通過犧牲乘坐舒適性和操縱性來增大能量回收似乎違背了汽車研發(fā)設(shè)計的初衷。

2.2 安全性

由于制動能量回收會伴隨著不同程度的“拖拽”現(xiàn)象，為了確保新能源汽車的行駛安全，一些車企相應(yīng)的設(shè)置了能量回收尾燈提示功能。如：特斯拉、寶馬i3以及蔚來ES8等車型，在執(zhí)行最低等級的能量回收時，尾燈就會亮起，確保了汽車行駛的安全性。但目前市場上仍有很多新能源汽車未配備此功能，這將會大大提高其事故的風(fēng)險率。

2.3 可靠性

制動能量回收作為輔助制動裝置，必須在確保其工作過程中不對制動性能產(chǎn)生影響的前提下進(jìn)行，以確保汽車在行駛過程中制動的可靠性。目前對兩者之間的制動力分配形式主要有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種。相較于并聯(lián)式制動力分配形式而言，串聯(lián)式制動力分配形式的摩擦制動力可調(diào)節(jié)范圍更大，可實現(xiàn)制動性能的柔性調(diào)節(jié)，提高了新能源汽車制動性能的穩(wěn)定性和可靠性，同時，還能使其獲得更高的能量回收率。

3 新能源汽車制動能量回收的意義

制動能量回收技術(shù)的開發(fā)是為了降低新能源汽車在制動過程中的能量損失，以達(dá)到提高其續(xù)航的目的。但就目前的技術(shù)水平而言，要使制動能量回收與汽車其他使用性能做到完美的協(xié)調(diào)視乎還存在一定差距，不得不通過犧牲某些性能來提高能量回收率。對于大多數(shù)的駕駛者而言，高強度的能量回收產(chǎn)生的“強制制動”顯然是得不償失，順暢的滑行才是駕駛者所需要的駕駛感受。目前，全世界都在大力投入新能源汽車制動能量回收的研究，與制動能量回收相關(guān)的專利也在逐年攀升。雖然當(dāng)前的制動能量回收技術(shù)還存在一些不足，但對新能源汽車提高續(xù)航方面仍然有很大的意義。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，制動能量回收的控制策略將得到不斷完善，制動能量回收與新能源汽車的使用性能也將更好的協(xié)調(diào)。

4 結(jié)論

隨著世界各國對能源和環(huán)境問題關(guān)注度的不斷提升，在未來，新能源汽車將成為主流，能量回收是新能源汽車發(fā)展的一項關(guān)鍵技術(shù)，目前全世界申請的與制動能量回收相關(guān)的專利已有上萬項，隨著研究的不斷深入，制動能量回收技術(shù)將會出現(xiàn)重大突破，新能源汽車的效率也將進(jìn)一步得到提高。

參考文獻(xiàn)

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[3] 姜峰.淺談新能源汽車的制動能量回收技術(shù)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)， 2016（24）.

[4] 李晉澤，馮文.車輛制動能量回收利用及控制策略探討[J].中國管理信息化，2015（16）：96-97.

[5] 趙春，王培紅.電動汽車動力儲能裝置的現(xiàn)狀與趨勢[C]//新形勢下長三角能源面臨的新挑戰(zhàn)和新對策——第八屆長三角能源論壇論文集.2011.

[6] 徐杰.汽車發(fā)動機智能啟停系統(tǒng)技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程， 2019（6）.

[7] 侯濤，徐佳.試論新能源汽車與能量回收技術(shù)[J].汽車與駕駛維修（維修版）， 2018，473（09）：114-115.

[8] 姜峰.淺談新能源汽車的制動能量回收技術(shù)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)， 2016（24）.