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是整車的動能轉化為克服摩擦阻力產生的熱能的一個過程，包括風阻，車輛動力傳動機構摩擦阻力，輪胎和地面的摩擦阻力，以及制動過程中制動系統工作的摩擦阻力。由于整車開發過程中，其他參數都是固定了，屬于被動存在的。

關鍵詞：能量回收;新能源;電機

一、能量回收是什么？

眾所周知，車輛在實現減速的過程中有兩個途徑：

1、通過松油門，通過整車自身阻力來進行滑行減速，此工況的滑行距離較長。

2、通過踩剎車來實現制動。

整車減速的過程其實是整車的動能轉化為克服摩擦阻力產生的熱能的一個過程，包括風阻，車輛動力傳動機構摩擦阻力，輪胎和地面的摩擦阻力，以及制動過程中制動系統工作的摩擦阻力（此項能量占比最大）。由于整車開發過程中，其他參數都是固定了，屬于被動存在的。但是如果可以將制動摩擦產生的能量給收集起來，重新用于驅動，那對整車能耗的意義是巨大的，新能源車的能量回收系統就承擔起了這個角色。

二、新能源車的能量回收系統是如何實現的呢？

我們在學習物理的時候學到過，在一個處于磁場中的線圈通交流電，線圈會在磁場中旋轉（電生磁），一個在磁場中旋轉的線圈會有反向電流通過，同時會產生一個反向的阻力阻止線圈旋轉（磁生電）詳見法拉第定律和楞次定律，這個也就是一個最基礎的電機原理。新能源車輛在減速的過程中就是利用了磁生電這個原理，通過電機把整車的動能轉為電能回收起來的。

行進中的車輛進行減速（丟油門滑行or踩剎車制動），電機由于和車輪還是接耦的，轉子永磁體在車輪和傳動機構的帶動下高速旋轉并且被定子饒組線圈切割磁感線，定子繞組產生了反向感應電流通過電機回充到電池，并在此時對轉子產生反向扭矩從而阻止車輛向前行進，以此實現車輛減速，也就是上面所說的磁生電（電機控制原理實際復雜的多，我不專業就不多贅述了）。一般電動車能量回收對NEDC里程貢獻率大概在15%左右，好一些的能夠達成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？

其實電動車有兩種能量回收的方式，也就是制動能量回收和滑行能量回收，區分的唯一標準就是是否踩制動踏板。通過踩制動踏板實現能量回收的就是制動能量回收，僅依靠丟油門實現能量回收則叫做滑行能量回收。

電機的制動能量回收目前也是有兩種方式實現的，一個是迭加式再生制動系統（RBS），一個叫協作式再生制動系統（CRBS）。兩者最大的區別就是：制動踏板是否和制動執行機構解耦（RBS接耦，CRBS解耦）。在電動車的一個制動工況中，制動力矩的來源之一是摩擦片帶來的機械制動，另一個來源則是電機提供負扭矩通過傳動軸來實現減速，也就是電制動。只要電制動的占比越多，則就會有更多的“磁生電”，便可回收更多的電量！

RBS由于制動踏板和制動輪缸是接耦的，在一個減速過程中，只要踩下制動踏板，制動輪缸就會有液壓產生制動，而電制動僅是疊加在機械制動上完成制動。所以還是有一部分能量損失掉了，能量回收率較低。

而CRBS的制動踏板和液壓機構解耦，在踩下制動踏板后，控制器通過行程傳感器對當前踏板角度和角速度推測駕駛員的制動需求，并計算需求的制動力，然后由電機作為主要扭矩提供源，液壓制動作為制動力矩不足的補償。從而提高電制動的占比，進而增加能量回收。

舉個例子：

電機當前車速下電制動的制動能力為1000N，當用戶在踩制動時，計算的制動力需求為800N，則整個過程都是靠電機回收的。

電機當前車速下電制動的制動能力為1000N， 當用戶在踩制動時，計算的制動力需求為1500N，則剩下500N的制動力由液壓制動產生，。

實際上CRBS的控制策略遠不止上面幾個維度，是很復雜的，例如扭矩退出車速、電/液切換、電池充電功率等等。

滑行能量回收其實目前也有兩種：一種是不可通過油門開度進行減速度調節，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節能量回收強度，能量回收就是有或無，后者可以通過松油門的開度來調整能量回收強度，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，只是此風格目前比較激進未被所有人所接受，有一定爭議。

四、能量回收強度和新能源汽車上哪些參數相關？

1、提高電機不同轉速下的回收扭矩，也就是回收功率（提高電制動的邊界，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、提升其他相關參數（減速器效率，差速器效率，電機效率等）

注：車重提升也會在一定減速度下讓電機回收更多能量，但是由于車輛重量增加，驅動的能耗會更多，因此不會靠提高車重來增加能量回收，而是想辦法降重降能耗。

同時電池作為儲能原件，當前電池的充電功率能力需要大于電機回收能力，方可全部儲存電機回收的能量，否則會控制電機降低充電能力，以防止電池過充。

五、強/弱滑行能量回收，哪種更省電？

曾經有很多人問過這個問題：滑行能量回收強弱哪種更省電？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，車輛還沒有達到既定位置上便要停車了，需要再次加速才可以達到目的地，電能進行兩次重放，轉換效率差。能量回收太弱，車輛到達既定位置還有車速，需要踩剎車，停在目標位置，造成熱能損失。因此只有完全依靠電制動，便可達到既定位置，無效率變換，無能量損失，這樣開車最省電。

六、關于使用能量回收省電的小技巧

關于選車：選擇帶有CRBS功能的車輛，同時滑行能量回收帶踏板可控功能。

關于使用：在遠距離跟車時候，利用滑行能量回收，通過加速踏板來調節減速度強度（減速度可控的強能量回收），從而控制跟車距離，在近距離跟車時候通過踩剎車實現減速跟車。

原則：能用滑行能量回收就多用滑行能量回收，當滑行能量回收的減速度無法達成減速需求時再采用制動能量回收，畢竟滑行能量回收是100%沒有其他外力介入的回收，而制動能量回收在CRBS工作時會有一定的低壓耗電，同時一些工況下會有液壓制動介入造成能量損失。

電動汽車在“新能源”話題備受矚目的今日已經不是個陌生詞語，在目前電動汽車的儲能元件沒有大的突破與發展的實際情況下，制動能量回收裝置可以提高電動汽車的能量利用率，延長電動汽車的行駛里程，制動能量回收是純電動汽車在發展過程中的一個重要課題，還需繼續開拓新技術優化制動能量回收系統。