試論新能源汽車與能量回收技術

侯濤、徐佳

（云南交通職業技術學院 650500)

1 新能源汽車概述

新能源汽車是指采用非常規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動方面的先進技術，具有新技術、新結構的汽車。

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代電工及電子技術的突飛猛進，從技術和性能方面均得到長足發展，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動的電動汽車，經歷了180多年的悠久發展歷史。但是由于電工及電子技術和汽車工業發展的制約，電動汽車研發基本上處于較低的層面，僅在某些特定范圍應用，一直未能形成產業化發展。而在電動汽車之后出現的內燃機汽車，借助20世紀的科學技術和機械工業發展而飛速發展，再加上電子技術和計算機技術的應用，使得現代汽車技術性能更加爐火純青，得到全面發展。

然而，大規模爆發式增長的現代汽車工業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，研發新能源汽車，尋找替代能源促進汽車工業發展成為現代汽車發展的新課題。隨著電子、電工技術、計算機技術和材料科學技術的發展，新能源汽車得到了長足發展。特別是近年來各國采用新材料和新技術，使電動汽車在電池技術、電機技術和控制技術等方面得到飛速發展，車輛性能得以不斷提高。尤其是新能源汽車能量回收技術的應用，取得了令人矚目的成績，新能源汽車節能環保的品質也更加突出[1]。

2 新能源汽車結構原理

2.1 純電動汽車結構原理

純電動汽車是在傳統內燃機汽車基礎上發展起來的，是以電力驅動作為汽車的動力。電力驅動是純電動汽車唯一驅動方式，其基本結構原理如圖1所示。

傳統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，驅動車輛行駛。而純電動汽車是以動力電池作為動力來源，以電動機為驅動裝置，在車載控制系統的控制下，驅動車輛行駛。由于電動機驅動不同于傳統內燃機驅動，且具有電子和電氣設備精準靈活的控制特點，使得純電動汽車的驅動結構和性能特性，與傳統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。

純電動汽車與傳統內燃機汽車主要的區別在于其動力驅動系統。純電動汽車以車載動力電池作為動力源，而傳統內燃發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燃發動機驅動車輛行駛；純電動汽車以高壓電流作為動力系統，而傳統內燃發動機汽車，除點火系統用高壓低電流之外，其他電源均為低壓弱電系統。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、充電機和DC/DC等高壓設備。常用電動機主要有直流電機、交流感應異步電機、永磁電機和開關磁阻電機。動力電池通常為鋰離子電池。

圖1 純電動汽車基本結構原理

2.2 混合動力汽車結構原理

混合動力汽車是在內燃發動機的動力驅動平臺基礎上，用內燃發動機與電動機共同組成混合驅動系統（油電混合），動力耦合驅動平臺取代傳統單一的發動機動力驅動平臺，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。混合動力驅動系統分為串聯、并聯或混聯幾種方式，混聯混合動力汽車是目前混合動力汽車的發展方向。

混合動力汽車在電控系統的作用下，能夠通過其智能控制系統自動優選及切換內燃發動機和動力電機驅動模式。使得混合動力汽車能夠發揮內燃發動機在中、高速工作時耗能少、驅動效率高、經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下能夠輸出高功率和大扭矩的性能，從而達到節能環保的功效。混合動力驅動系統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

新能源汽車的制動系統與傳統燃油汽車制動系統不同，其功能除了對車輛產生制動作用外，還具有能量回收的功能。新能源汽車的節能技術除了節約燃油資源外，主要是通過制動能量回收系統來實現的。制動能量回收技術是現代新能源汽車的重要特性，也是一項區別于傳統內燃機汽車的新技術。對于新能源汽車提高能源利用率、增強車輛的續航能力都具有十分重要的意義。

隨著新能源汽車技術的發展和控制技術的進步，電動汽車制動能量回收技術應運而生。研究表明，車輛在使用過程中有大約20%的驅動能量在制動過程中損失掉。車輛制動能量回收系統能夠回收車輛在制動時釋放出的多余能量，并通過發電機將其轉化為電能，在充電控制系統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鍵部件，動力電池儲存能量的多少，直接決定著電動汽車續駛里程的多少。制動能量回收系統，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，可提高車輛動力能源10%～20%的利用率，有效延長了車輛的續航里程。

3.1 制動能量回收系統結構原理

新能源汽車制動系統由機械制動系統和再生制動系統2部分組成。機械制動系統和傳統汽車基本相同，再生制動系統可以利用驅動電機和控制電路，實現發電機的發電功能，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

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

再生制動系統原理是在制動時，將汽車行駛的慣性能量通過傳動系統傳遞給驅動電機，驅動電機以發電機工作方式運行，驅動電機轉子軸，通過電磁感應轉變為電能，經過逆變器的反向二極管回饋到直流側，為動力電池充電，實現能量的再生利用。與此同時，驅動電機電磁感應力矩又可通過傳動系統對驅動輪施加反向扭矩,從而對車輛產生制動。

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(SOC)等信息。再生制動控制策略會根據當前的電動機狀態、動力電池狀態和車輛狀態計算出最佳的再生制動力和摩擦制動力，根據分配得到的摩擦制動力調節液壓控制單元。將分配得到的再生制動力信息發送給驅動電機控制器（MCU）從而進行調整控制。制動力分配是制動能量回收控制策略中最為核心的技術，制動力分配直接關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]。

制動系統中的能量回收功能與制動系統中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定值時，ABS自動開啟工作狀態，能量回收功能關閉，確保車輛行駛安全。

4 結束語

新能源汽車是現代科技發展的產物，采用電力驅動或混合驅動，可減少能源消耗。能量回收技術的應用，更凸顯了新能源汽車節能環保的特性。隨著新能源汽車技術不斷發展，全球能源消耗過度問題將得到改善，節能環保的新能源汽車將迎來美好的明天。