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制动时能量也不浪费!新能源车动能回收系统

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发布:liuxianglong 来源: 搜狐汽车
PostTime:11-6-2018 21:56
对于新能源车,尤其是纯电动车来说,纯电续航里程都是一项重要的性能指标。为了实现更长的续航里程

以下为文章全文:(本站微信公共账号:cartech8)


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   对于新能源车,尤其是纯电动车来说,纯电续航里程都是一项重要的性能指标。为了实现更长的续航里程,不少新能源车都选择不断增加车辆电池组的容量,但是一味地增加电池容量并不能完全解决续航问题。因为更大的电池组带来了更重的整备质量,所以车辆电耗也会随之增加。于是,为了在提升续航里程的同时降低电耗,几乎所有新能源车都配备了动能回收系统。在接下来的文章中,我就来和大家聊聊动能回收系统是如何工作的。

    什么是动能回收系统?

    要想理解动能回收系统的工作原理,我们首先要了解动能回收的定义。

    制动能量回收是纯电动汽车与混合动力车的重要技术之一。在一般内燃机汽车上,当车辆减速、制动时,车辆的运动能量通过制动系统转变为热能,并释放到空气中。而在纯电动汽车与混合动力车上,这种被浪费掉的运动能量可通过制动能量回收技术转变为电能并储存于蓄电池中,进一步转化为驱动能量。一般认为,在车辆非紧急制动的普通制动场合,约1/5的能量可以通过制动回收。

    相对于传统动力汽车,新能源车因为携带了大容量电池组,使得回收后的能量有了去处,这也是新能源车大多配备动能回收系统的原因之一。

    这可是一项F1都在使用的技术!

    现在看来普及度极高的动能回收系统,其实在早期是一项应用于F1赛车上的尖端技术。早在2009赛季的时,KERS动能回收系统就得以引入,而2010赛季由于其稳定性不佳被弃用,到了2011赛季才重新回归赛场。不过,F1赛车上使用的动能回收技术,与我们常见的新能源车上的动能回收并不相同,下面我们就简单看看F1赛车是如何实现动能回收的。

    早期的KERS动能回收系统采用了飞轮回收系统,它存在的意义是将制动时所产生的热能进行回收。KERS电机回收动能的原理并不复杂,电机通过一定齿比的齿轮机构与发动机的曲轴连接。在制动时,驱动电机发电,同时电机产生的回馈力矩与后制动卡钳共同为后轴提供制动力。而80马力的电机还能够为赛车带来额外的驱动力。

    而随着能量回收技术的深入发展,F1上的能量回收系统也再次升级,名称也变为了ERS(Energy Recovery System),这一新的能量回收系统由两部分组成,分别为动能回收系统(ERS-K),以及热能回收系统(ERS-H)。

    动能回收系统(ERS-K)回收的是制动时浪费的动能,由于制动时,切断的是传动轴输送到车轮的动力,所以制动时的引擎动力是被浪费的,而这部分的回收价值非常大。

    而新增的热能回收系统(ERS-H)则是用来回收热能的,也就是回收发动机废气中的能量。发动机工作时,超过70%的热能都以各种形式而损耗,其中排气的热损失占了很大比重,而有了热能回收系统后,排气中的热损失也很好的得到了利用。

    回收而来的能量都以电能的形式,储存在车辆的电池中,也就是ES(Engery Store)。这块电池重量仅为20kg,其电机的输出功率达到120kW。

    混合动力车型是怎么实现动能回收的?

    其实我们日常所接触到的动能回收系统并不像F1赛车那么复杂,下面我们就以丰田凯美瑞的THS混动系统为例,为大家简单介绍一下混合动力车型是如何进行动能回收的。

    在之前的很多文章中,我们都曾提到过,凯美瑞的混动系统是由2.0L阿特金森发动机+E-CVT变速箱+双电机+PCU组成的,属于混联式混动系统。整套动力系统中最核心的部件就是由两台永磁同步电机以及行星齿轮组成的动力分配系统。

    系统中带有两台电动机——MG1和MG2。MG1主要用于发电,以及作为启动电机使用。而MG2主要用于驱动汽车。MG1、MG2以及发动机输出轴被连接到一套行星齿轮机构的太阳轮、齿圈和行星架上。动力分配就是通过功率控制单元控制MG1和MG2电机,通过行星齿轮机械机构进行分配的。

    该系统会利用行驶中发动机输出的过剩能量以及制动时被浪费的能量为电池充电,实现动能回收的目的。首先,在高速巡航时,如果MG2电机所获得的72%动力已经足以供车辆行驶所需,那么MG1电机获得的一部分动力将不再传输给MG2电机,而是转而将这部分电能存储至电池内。

    另外在制动时,这套系统也会回收多余的能量。在车辆制动减速时,惯性使车轮带动MG2电机转动,而此时MG2电机的身份就由电动机转变为发电机,使得这部分能量转化为电能,存储至电池组内。

    纯电动车型是怎么实现动能回收的?

    纯电动车的动能回收原理与混合动力车型基本一致,也是利用车辆减速时的惯性,使得车轮带动电动机转动,从而使电动机变为发电机,将电能储存至电池组内。

    其实电动机和发电机互相转化的原理也不难理解。从结构上来看,发电机和电动机是相同的,主要由定子、转子等组成。而从工作原理上来看,电动机是将电能转化为机械能的装置,其工作原理是通电导体在磁场中受力而转动;而发电机是将机械能转化为电能的装置,其工作原理是利用电磁感应现象,通过外力转动导体,导体做切割磁感线运动时便会产生感应电流。所以当汽车减速或制动时,由于惯性,使电动机的转子受力转动,切割磁场,产生电流,电动机就转变为了发电机。

    随着新能源车的不断发展,动能回收系统早已不是什么尖端科技了,上至百万下至五六万的新能源车上都已经配备了动能回收系统。它的出现可以视为工程师们对于节能的极致追求。不过相信不少开过新能源车的朋友都会有这样的感觉,这动能回收制动效果挺明显的,可是对于续航里程的提升方面似乎并不明显。

    的确,动能回收这一理念固然没错,但在实际执行时有很多问题制约了它的发挥。其中主要问题在于两方面,第一,在能量回收时同样存在能量损耗,发电机的能量转换效率、电池充放电效率都不可能达到100%;第二,复杂的行驶工况对能量管理系统的设计提出了很高的要求。这些都使得动能回收的效果并不像想象中那么理想。不过我相信,在未来的发展中,动能回收技术也会不断进步,为降低车辆能耗做出更大的贡献。

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