淺談新能源汽車的能量回收

王希禹 孫彤雨 劉真涵

摘 要：整車減速的過程其實(shí)是整車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為克服摩擦阻力產(chǎn)生的熱能的一個(gè)過程，包括風(fēng)阻，車輛動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦阻力，輪胎和地面的摩擦阻力，以及制動(dòng)過程中制動(dòng)系統(tǒng)工作的摩擦阻力。由于整車開發(fā)過程中，其他參數(shù)都是固定了，屬于被動(dòng)存在的。

關(guān)鍵詞：能量回收;新能源;電機(jī)

一、能量回收是什么？

眾所周知，車輛在實(shí)現(xiàn)減速的過程中有兩個(gè)途徑：

1、通過松油門，通過整車自身阻力來進(jìn)行滑行減速，此工況的滑行距離較長(zhǎng)。

2、通過踩剎車來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

整車減速的過程其實(shí)是整車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為克服摩擦阻力產(chǎn)生的熱能的一個(gè)過程，包括風(fēng)阻，車輛動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦阻力，輪胎和地面的摩擦阻力，以及制動(dòng)過程中制動(dòng)系統(tǒng)工作的摩擦阻力（此項(xiàng)能量占比最大）。由于整車開發(fā)過程中，其他參數(shù)都是固定了，屬于被動(dòng)存在的。但是如果可以將制動(dòng)摩擦產(chǎn)生的能量給收集起來，重新用于驅(qū)動(dòng)，那對(duì)整車能耗的意義是巨大的，新能源車的能量回收系統(tǒng)就承擔(dān)起了這個(gè)角色。

二、新能源車的能量回收系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

我們?cè)趯W(xué)習(xí)物理的時(shí)候?qū)W到過，在一個(gè)處于磁場(chǎng)中的線圈通交流電，線圈會(huì)在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)（電生磁），一個(gè)在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)的線圈會(huì)有反向電流通過，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向的阻力阻止線圈旋轉(zhuǎn)（磁生電）詳見法拉第定律和楞次定律，這個(gè)也就是一個(gè)最基礎(chǔ)的電機(jī)原理。新能源車輛在減速的過程中就是利用了磁生電這個(gè)原理，通過電機(jī)把整車的動(dòng)能轉(zhuǎn)為電能回收起來的。

行進(jìn)中的車輛進(jìn)行減速（丟油門滑行or踩剎車制動(dòng)），電機(jī)由于和車輪還是接耦的，轉(zhuǎn)子永磁體在車輪和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)并且被定子饒組線圈切割磁感線，定子繞組產(chǎn)生了反向感應(yīng)電流通過電機(jī)回充到電池，并在此時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生反向扭矩從而阻止車輛向前行進(jìn)，以此實(shí)現(xiàn)車輛減速，也就是上面所說的磁生電（電機(jī)控制原理實(shí)際復(fù)雜的多，我不專業(yè)就不多贅述了）。一般電動(dòng)車能量回收對(duì)NEDC里程貢獻(xiàn)率大概在15%左右，好一些的能夠達(dá)成20%左右。

三、新能源車能量回收有哪幾種？有什么不同？有哪些類型？

其實(shí)電動(dòng)車有兩種能量回收的方式，也就是制動(dòng)能量回收和滑行能量回收，區(qū)分的唯一標(biāo)準(zhǔn)就是是否踩制動(dòng)踏板。通過踩制動(dòng)踏板實(shí)現(xiàn)能量回收的就是制動(dòng)能量回收，僅依靠丟油門實(shí)現(xiàn)能量回收則叫做滑行能量回收。

電機(jī)的制動(dòng)能量回收目前也是有兩種方式實(shí)現(xiàn)的，一個(gè)是迭加式再生制動(dòng)系統(tǒng)（RBS），一個(gè)叫協(xié)作式再生制動(dòng)系統(tǒng)（CRBS）。兩者最大的區(qū)別就是：制動(dòng)踏板是否和制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)解耦（RBS接耦，CRBS解耦）。在電動(dòng)車的一個(gè)制動(dòng)工況中，制動(dòng)力矩的來源之一是摩擦片帶來的機(jī)械制動(dòng)，另一個(gè)來源則是電機(jī)提供負(fù)扭矩通過傳動(dòng)軸來實(shí)現(xiàn)減速，也就是電制動(dòng)。只要電制動(dòng)的占比越多，則就會(huì)有更多的“磁生電”，便可回收更多的電量！

RBS由于制動(dòng)踏板和制動(dòng)輪缸是接耦的，在一個(gè)減速過程中，只要踩下制動(dòng)踏板，制動(dòng)輪缸就會(huì)有液壓產(chǎn)生制動(dòng)，而電制動(dòng)僅是疊加在機(jī)械制動(dòng)上完成制動(dòng)。所以還是有一部分能量損失掉了，能量回收率較低。

而CRBS的制動(dòng)踏板和液壓機(jī)構(gòu)解耦，在踩下制動(dòng)踏板后，控制器通過行程傳感器對(duì)當(dāng)前踏板角度和角速度推測(cè)駕駛員的制動(dòng)需求，并計(jì)算需求的制動(dòng)力，然后由電機(jī)作為主要扭矩提供源，液壓制動(dòng)作為制動(dòng)力矩不足的補(bǔ)償。從而提高電制動(dòng)的占比，進(jìn)而增加能量回收。

舉個(gè)例子：

電機(jī)當(dāng)前車速下電制動(dòng)的制動(dòng)能力為1000N，當(dāng)用戶在踩制動(dòng)時(shí)，計(jì)算的制動(dòng)力需求為800N，則整個(gè)過程都是靠電機(jī)回收的。

電機(jī)當(dāng)前車速下電制動(dòng)的制動(dòng)能力為1000N， 當(dāng)用戶在踩制動(dòng)時(shí)，計(jì)算的制動(dòng)力需求為1500N，則剩下500N的制動(dòng)力由液壓制動(dòng)產(chǎn)生，。

實(shí)際上CRBS的控制策略遠(yuǎn)不止上面幾個(gè)維度，是很復(fù)雜的，例如扭矩退出車速、電/液切換、電池充電功率等等。

滑行能量回收其實(shí)目前也有兩種：一種是不可通過油門開度進(jìn)行減速度調(diào)節(jié)，一種可通過油門開度控制減速度。通俗的來說，前者無法靠松油門的開度來調(diào)節(jié)能量回收強(qiáng)度，能量回收就是有或無，后者可以通過松油門的開度來調(diào)整能量回收強(qiáng)度，目前車輛上大部分都采用后者的方式了。一些廠商甚至做成單踏板功能，取消了蠕行，大部分工況加速減速僅靠油門踏板就能完成，只是此風(fēng)格目前比較激進(jìn)未被所有人所接受，有一定爭(zhēng)議。

四、能量回收強(qiáng)度和新能源汽車上哪些參數(shù)相關(guān)？

1、提高電機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的回收扭矩，也就是回收功率（提高電制動(dòng)的邊界，功率越大，可覆蓋的工況越多）

2、整車降阻力（同樣減速度需求下，整車阻力越小，電機(jī)則需要提供的回收扭矩則越多，回收的能量也越多）

3、提升其他相關(guān)參數(shù)（減速器效率，差速器效率，電機(jī)效率等）

注：車重提升也會(huì)在一定減速度下讓電機(jī)回收更多能量，但是由于車輛重量增加，驅(qū)動(dòng)的能耗會(huì)更多，因此不會(huì)靠提高車重來增加能量回收，而是想辦法降重降能耗。

同時(shí)電池作為儲(chǔ)能原件，當(dāng)前電池的充電功率能力需要大于電機(jī)回收能力，方可全部?jī)?chǔ)存電機(jī)回收的能量，否則會(huì)控制電機(jī)降低充電能力，以防止電池過充。

五、強(qiáng)/弱滑行能量回收，哪種更省電？

曾經(jīng)有很多人問過這個(gè)問題：滑行能量回收強(qiáng)弱哪種更省電？一般的回答都是如下：僅靠滑行，正好把車停到你想要停的位置上就是最省電的方式能量回收太強(qiáng)，車輛還沒有達(dá)到既定位置上便要停車了，需要再次加速才可以達(dá)到目的地，電能進(jìn)行兩次重放，轉(zhuǎn)換效率差。能量回收太弱，車輛到達(dá)既定位置還有車速，需要踩剎車，停在目標(biāo)位置，造成熱能損失。因此只有完全依靠電制動(dòng)，便可達(dá)到既定位置，無效率變換，無能量損失，這樣開車最省電。

六、關(guān)于使用能量回收省電的小技巧

關(guān)于選車：選擇帶有CRBS功能的車輛，同時(shí)滑行能量回收帶踏板可控功能。

關(guān)于使用：在遠(yuǎn)距離跟車時(shí)候，利用滑行能量回收，通過加速踏板來調(diào)節(jié)減速度強(qiáng)度（減速度可控的強(qiáng)能量回收），從而控制跟車距離，在近距離跟車時(shí)候通過踩剎車實(shí)現(xiàn)減速跟車。

原則：能用滑行能量回收就多用滑行能量回收，當(dāng)滑行能量回收的減速度無法達(dá)成減速需求時(shí)再采用制動(dòng)能量回收，畢竟滑行能量回收是100%沒有其他外力介入的回收，而制動(dòng)能量回收在CRBS工作時(shí)會(huì)有一定的低壓耗電，同時(shí)一些工況下會(huì)有液壓制動(dòng)介入造成能量損失。

電動(dòng)汽車在“新能源”話題備受矚目的今日已經(jīng)不是個(gè)陌生詞語(yǔ)，在目前電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能元件沒有大的突破與發(fā)展的實(shí)際情況下，制動(dòng)能量回收裝置可以提高電動(dòng)汽車的能量利用率，延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的行駛里程，制動(dòng)能量回收是純電動(dòng)汽車在發(fā)展過程中的一個(gè)重要課題，還需繼續(xù)開拓新技術(shù)優(yōu)化制動(dòng)能量回收系統(tǒng)。