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新能源车的动能回收为什么效率并不高?

来源:新车评 浏览次数:69 发布日期:2018-03-19
虽然新能源车有个新字,但动能回收功能从思路到实体其实都不怎么“新”了,电气化铁路很早就实现了所谓的回馈制动,列车减速时会将部分动能转化为电能,再将之回馈到电网当中去以供同线路其他列车使用,以达到节能的目的。

而在汽车领域,哪怕是在EV仍未大行其道的早几年,也也不乏像宝马Efficient Dynamic高效动力方案这样的解决思路,例如在上代E92 M3上,就实现了一般情况下发电机只在油门踏板松开的情况下工作的逻辑(此功能如今已几乎推广到全系产品之中),一方面最大化动力输出,另一方面尽可能降低油耗。虽然回收能量因为结构原因无法用于驱动车辆,只能供车载电器消耗,但也是常规动力车型架构下比较理想的模式了。

而自从踏入新能源时代之后,由于电力储备是可以直接用于驱动车辆了,再加上电机/发电机和电池组功率的增大,所以动能回收功能也再进一步,强度加大不少以至于能轻易地在实际驾驶中为驾驶者所感知,甚至成为了公众眼中新能源车区别于常规动力车辆的一种独有功能。

但问题来了——既然这些个EV/HEV从结构上就有着能把车辆残余动能回收并悉数利用的优势,但为何从目前市面上的产品来看,再生制动(动能回收)的能量回收效率却普遍如此低下呢?而我总结了一下,主要原因大概是以下几个方面:

动能≠总能耗

在一个完美的无阻力的环境里,一个力将物体从静止加速到一定速度,这时物体所带动能是和这个力所做的功相等的。但我们所处的真实世界却并不“完美”,就拿汽车来说,行驶中会有风阻、滚阻,车辆本身的机械部件也有各种损耗,甚至能量从化学能(燃油/电池)转化为机械能这个过程本身都存在一个效率的问题。


综上所述,车辆行驶的能耗,本身就只有一部分(很多时候还只有一小部分)会最终演化成车身所带的动能。所以哪怕只从这个角度上看,妄图以能量回收功能来让EV的续航里程大幅延长,那也是基本不可能的了。

回收过程存在能量损耗

刚才也提到了能量转化在现实中是存在效率问题的,具体来说就是电动机/发电机的能量转换效率(动能/电能)、电池充放电效率(电能/化学能)都不可能达到100%,再加上像EV/HEV这种变频工况下必须要有一个比较复杂的能量管理系统,叠加起来如果整体效率能达到50%以上,估计已经算是很不错了。


需要说明的是,这里举例的50%已经是指残余动能的50%了,而且还得是所有动能都回收的前提下(减速度只来自动能回收功能,机械制动系统不工作)。而实际当中这又是不可能的,具体原因在下一章节会提到。

电池组的充电功率有限

电能被生产出来后就必须马上被消耗或者储存到电池这样的介质之中,而很明显当我们说到“动能回收”的话,选择自然只能是后者。而在面对制动这种短时间内要完成较大能量转换(大功率)的工况,目前技术水平下电池充电功率有限的事实,基本上就注定了它会是木桶中最短的那块板。


所以出于安全考虑虑,当制动力的请求(刹车踏板踩踏力度)一旦超出电池功率上限,多出来的这部分制动力就只能还是由机械制动部分承担了,于是部分(很多情况下还是大部分)动能也只能和往常的常规动力车型一样,以摩擦生热的方式被转化为毫无用处的热能,然后散失到环境里。

复杂的工况使得能量难以完全利用

刚才提到,机械制动部分的介入很多时候也只是在制动力请求超过系统功率上限的时候才会介入,但这是不是就意味着只要我尽可能做到预判驾驶,让每一脚制动都控制在功率上限内,那就能大大提高回收率呢?
先不说现实交通环境中有没有可能做到这样理想的驾驶,因为制动是一种涉及到速度变化的工况,整个过程里随着车速的降低,电机/发电机的转速也在降低,换言之其功率也会随之下降。所以很容易推演出,一旦车速降至发电机输出低于电池充电功率上限的瞬间,那么往后整套系统的功率就会随着车速进一步下降而下降,一直到车辆停下/发电机功率归零为止。

而这就意味着,无论你再怎么控制着制动力,只要你是打算把车刹停的话,那么到一定速度以下的这段区间里,机械制动部分就一定得介入,动能就始终不能被完全利用。
标签:  动能回收
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