浅析新能源汽车能量回收

沈元兴

摘 要：随着世界各国政府对能源和环境问题关注度的不断提升，节能减排成为了21世纪最重要的热点话题之一。随着汽车保有量的不断攀升，汽车的能耗和排放问题日趋凸显，发展新能源汽车是无疑是解决这一问题的最好手段。为了降低新能源汽车的能耗，提高其续航能力，新能源汽车能量回收已成为了国内外各大汽车厂商、高校以及相关研究机构的研究热点。文章主要针对当前新能源汽车能量回收技术的发展现状进行分析论述。

关键词：新能源;汽车;能量回收

中图分类号：U469  文献标识码：A  文章编号：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

隨着科技和工业快速地协同发展，全球的汽车保有量在不断攀升，能源和环境污染问题也随之日益凸显。汽车作为人们出行最常用的交通工具之一，它在给人们带来方便的同时也带来了排放污染和能源的损耗问题。因此，降低其能耗和排放污染的问题，已成为的现代汽车发展的重要方向[1]。为了改善这一问题，世界各国都加快了新能源汽车研发进程，也相继出台了扶持新能源汽车发展的相关政策，在各国政府的大力推动下，新能源汽车技术难点正在一步步的被攻克，当前新能源汽车的正处于高速发展阶段[2]。新能源汽车采用电力驱动，而电力驱动的汽车早在1800年电池就己经问世，1873年英国人Robert DaVidson采用铁锌电池（不可充电）作为动力源成功将一辆三轮马车改造成世界上第一辆电动车[3]，之后不久可充电的电动汽车也随之问世，但由于当时的电动汽车存在着蓄电池电能密度低、充电时间长等缺陷，被后来出现的内燃机汽车所取代。然而，环境和能源问题的日益凸显，使得新能源汽车的研发又重新的被提上了日程。目前，新能源汽车已经不止局限于纯电动汽车，还包括混合动力汽车、燃料电池电动汽车、增程式电动汽车以及其他新能源汽车等。为了降低新能源汽车的能耗，提高其续航能力，新能源汽车能量回收成为了当前新能源汽车研究的重要课题。

1 新能源汽车能量回收方式

由于传统内燃机汽车机械结构复杂，动力传动路线长，导致其热效率不到50%，大部分的能量在机械部件传递过程中是以“热”的形式损失了。相较而言，新能源汽车则具有结构简单、电能转化效率高的独特优势。为了进一步提高新能源的电能利用率，能量回收系统逐渐成为了新能源汽车的标配。新能源汽车能量回收机制一般可分为液压储能、启停系统、飞轮储能以及制动能量回收4种[4]。其中，液压储能与启停系统在传统内燃机汽车上已经得到运用;飞轮储能由于其能量密度低，自放电率高，目前尚未能广泛运用于新能源汽车上;制动能量回收方式在新能源汽车中最为常见的，它主要是通过回收车辆在制动或惯性中作用下释放出的多余能量，通过发电机将动能转化为电能储存至蓄电池中，通过回收电能以达到提高新能源汽车的续航目的。

1.1 液压储能再生装置

汽车液压储能装置可在不改变传统汽车结构和使用功能的前提下，通过加装一套液压再生驱动总成，达到能量回收的目的。其主要是对在制动过程中被浪费掉的制动能量进行有效回收储存，然后通过回收的能量再次应用于车辆起动和加速上，整个过程不仅实现了能量回收，还减少了制动器磨损。

1.2 飞轮储能

飞轮储能装置主要包括3个核心部分：飞轮、电机和电力电子装置，其能量转化过程如图1所示。飞轮储能装置具有充电快，寿命长，不受深度放电等影响等优点，目前，在太阳能发电、风力发电以及航空航天等方面已经得到广泛应用。但飞轮储能装置仍存在着一些固有缺点，如当车辆偏离直线行驶时，飞轮产生的陀螺力矩将严重影响系统的操纵性能。除此之外，一旦飞轮发生故障，以动能形式存储在飞轮中的能量可能会在短时间内释放出来，对设备甚至汽车造成巨大破环[5]。因此，目前飞轮储能装置仍无法在电动汽车上得到广泛应用。

1.3  启停系统

汽车启停系统在传统内燃机汽车已经得到广泛运用，且节能减排效果显著，在城市工况下，智能启停系统对发动机油耗和排放减少潜力最高可达15%[6]。相较于传统内燃机汽车而言，启停系统对新能源汽车在节能方面起到的效果不是很明显，主要是由于新能源汽车在低速行驶或间断启停时，电动机的耗电量很低，车载其他用电设备的电能同样需要由电池提供;而传统内燃机汽车在低速或怠速行驶时，由于燃烧室的燃烧条件变差，油耗反而增加且由于燃烧不充分导致排放更加恶劣。

1.4 制动能量回收

制动能量回收在新能源汽车中最主要的能量回收方式，通过试验证明，新能源汽车采用制动能量回收技术，可提高车辆动力能源10%～20%的利用率，有效延长了车辆的续航里程[7]。如图2所示，它主要是通过回收车辆在制动或惯性中释放出的多余能量并通过发电机将其转化为电能，再转存至蓄电池中用于汽车的动力行驶。

2 新能源汽车制动能量回收与使用性能

汽车的制动性能关系到汽车的安全性[8]，制动能量回收技术的运用除了不能影响汽车的安全性能外，还不能影响到其操纵性、舒适性与可靠性。就当前的技术而言，制动能量回收力度与汽车的安全性、操纵性、舒适性以及可靠性仍然存在着较大的矛盾。目前市场上的新能源汽车基本上都设有三级能量回收等级，而各级的能源的回收率，不同厂家标定的值也有所差异。如：本田的I-MMD系统，其一级能量回收率为20%，二级能量回收率为40%，三级能量回收率为65%。伴随着能量回收等级的提升，汽车的减速度也会随之增大，而能量回收过大时，松开油门车辆会出现急刹现象，不紧会影响驾驶者的感受，可能还会导致事故的发生。对于新能源公交车而言，能量回收过大导致的顿挫感还会导致乘客出现“晕车”现象，大大降低了乘坐舒适性。

2.1 舒适性和操纵性

在实际的汽车在行驶过程中，大多数驾驶者需求的减速度小于0.05g，对于新能源汽车而言，若设定的减速度为0.05g，则回收能量将非常有限，为了提高能量回收率力度，只能通过提升减速g值来实现。目前市场上有些车型将能量回收力度提升到0.15g～0.2g甚至更高，以达到增大能量回收力度的目的。在高速行驶时，减速度过大会导致出现明显的“点头”现象，若通过牺牲乘坐舒适性和操纵性来增大能量回收似乎违背了汽车研发设计的初衷。

2.2 安全性

由于制动能量回收会伴随着不同程度的“拖拽”现象，为了确保新能源汽车的行驶安全，一些车企相应的设置了能量回收尾灯提示功能。如：特斯拉、宝马i3以及蔚来ES8等车型，在执行最低等级的能量回收时，尾灯就会亮起，确保了汽车行驶的安全性。但目前市场上仍有很多新能源汽车未配备此功能，这将会大大提高其事故的风险率。

2.3 可靠性

制动能量回收作为辅助制动装置，必须在确保其工作过程中不对制动性能产生影响的前提下进行，以确保汽车在行驶过程中制动的可靠性。目前对两者之间的制动力分配形式主要有串联式和并联式两种。相较于并联式制动力分配形式而言，串联式制动力分配形式的摩擦制动力可调节范围更大，可实现制动性能的柔性调节，提高了新能源汽车制动性能的稳定性和可靠性，同时，还能使其获得更高的能量回收率。

3 新能源汽车制动能量回收的意义

制动能量回收技术的开发是为了降低新能源汽车在制动过程中的能量损失，以达到提高其续航的目的。但就目前的技术水平而言，要使制动能量回收与汽车其他使用性能做到完美的协调视乎还存在一定差距，不得不通过牺牲某些性能来提高能量回收率。对于大多数的驾驶者而言，高强度的能量回收产生的“强制制动”显然是得不偿失，顺畅的滑行才是驾驶者所需要的驾驶感受。目前，全世界都在大力投入新能源汽车制动能量回收的研究，与制动能量回收相关的专利也在逐年攀升。虽然当前的制动能量回收技术还存在一些不足，但对新能源汽车提高续航方面仍然有很大的意义。随着技术的不断发展，制动能量回收的控制策略将得到不断完善，制动能量回收与新能源汽车的使用性能也将更好的协调。

4 结论

随着世界各国对能源和环境问题关注度的不断提升，在未来，新能源汽车将成为主流，能量回收是新能源汽车发展的一项关键技术，目前全世界申请的与制动能量回收相关的专利已有上万项，随着研究的不断深入，制动能量回收技术将会出现重大突破，新能源汽车的效率也将进一步得到提高。

参考文献

[1] 侯涛，徐佳.试论新能源汽车与能量回收技术[J].汽车与驾驶维修（维修版）， 2018， 473（09）：114-115.

[2] 张恩惠.随机环境下新能源汽车能量回收装置的研究[J].压电与声光，2016.

[3] 姜峰.浅谈新能源汽车的制动能量回收技术[J].中国高新技术企业， 2016（24）.

[4] 李晉泽，冯文.车辆制动能量回收利用及控制策略探讨[J].中国管理信息化，2015（16）：96-97.

[5] 赵春，王培红.电动汽车动力储能装置的现状与趋势[C]//新形势下长三角能源面临的新挑战和新对策——第八届长三角能源论坛论文集.2011.

[6] 徐杰.汽车发动机智能启停系统技术研究[J].农业装备与车辆工程， 2019（6）.

[7] 侯涛，徐佳.试论新能源汽车与能量回收技术[J].汽车与驾驶维修（维修版）， 2018，473（09）：114-115.

[8] 姜峰.浅谈新能源汽车的制动能量回收技术[J].中国高新技术企业， 2016（24）.