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新能源車的動能回收為什么效率并不高?

來源:新車評 瀏覽次數:288 發布日期:2018-03-19
雖然新能源車有個新字,但動能回收功能從思路到實體其實都不怎么“新”了,電氣化鐵路很早就實現了所謂的回饋制動,列車減速時會將部分動能轉化為電能,再將之回饋到電網當中去以供同線路其他列車使用,以達到節能的目的。

而在汽車領域,哪怕是在EV仍未大行其道的早幾年,也也不乏像寶馬EFFicient Dynamic高效動力方案這樣的解決思路,例如在上代E92 M3上,就實現了一般情況下發電機只在油門踏板松開的情況下工作的邏輯(此功能如今已幾乎推廣到全系產品之中),一方面最大化動力輸出,另一方面盡可能降低油耗。雖然回收能量因為結構原因無法用于驅動車輛,只能供車載電器消耗,但也是常規動力車型架構下比較理想的模式了。

而自從踏入新能源時代之后,由于電力儲備是可以直接用于驅動車輛了,再加上電機/發電機和電池組功率的增大,所以動能回收功能也再進一步,強度加大不少以至于能輕易地在實際駕駛中為駕駛者所感知,甚至成為了公眾眼中新能源車區別于常規動力車輛的一種獨有功能。

但問題來了——既然這些個EV/HEV從結構上就有著能把車輛殘余動能回收并悉數利用的優勢,但為何從目前市面上的產品來看,再生制動(動能回收)的能量回收效率卻普遍如此低下呢?而我總結了一下,主要原因大概是以下幾個方面:

動能≠總能耗

在一個完美的無阻力的環境里,一個力將物體從靜止加速到一定速度,這時物體所帶動能是和這個力所做的功相等的。但我們所處的真實世界卻并不“完美”,就拿汽車來說,行駛中會有風阻、滾阻,車輛本身的機械部件也有各種損耗,甚至能量從化學能(燃油/電池)轉化為機械能這個過程本身都存在一個效率的問題。


綜上所述,車輛行駛的能耗,本身就只有一部分(很多時候還只有一小部分)會最終演化成車身所帶的動能。所以哪怕只從這個角度上看,妄圖以能量回收功能來讓EV的續航里程大幅延長,那也是基本不可能的了。

回收過程存在能量損耗

剛才也提到了能量轉化在現實中是存在效率問題的,具體來說就是電動機/發電機的能量轉換效率(動能/電能)、電池充放電效率(電能/化學能)都不可能達到100%,再加上像EV/HEV這種變頻工況下必須要有一個比較復雜的能量管理系統,疊加起來如果整體效率能達到50%以上,估計已經算是很不錯了。


需要說明的是,這里舉例的50%已經是指殘余動能的50%了,而且還得是所有動能都回收的前提下(減速度只來自動能回收功能,機械制動系統不工作)。而實際當中這又是不可能的,具體原因在下一章節會提到。

電池組的充電功率有限

電能被生產出來后就必須馬上被消耗或者儲存到電池這樣的介質之中,而很明顯當我們說到“動能回收”的話,選擇自然只能是后者。而在面對制動這種短時間內要完成較大能量轉換(大功率)的工況,目前技術水平下電池充電功率有限的事實,基本上就注定了它會是木桶中最短的那塊板。


所以出于安全考慮慮,當制動力的請求(剎車踏板踩踏力度)一旦超出電池功率上限,多出來的這部分制動力就只能還是由機械制動部分承擔了,于是部分(很多情況下還是大部分)動能也只能和往常的常規動力車型一樣,以摩擦生熱的方式被轉化為毫無用處的熱能,然后散失到環境里。

復雜的工況使得能量難以完全利用

剛才提到,機械制動部分的介入很多時候也只是在制動力請求超過系統功率上限的時候才會介入,但這是不是就意味著只要我盡可能做到預判駕駛,讓每一腳制動都控制在功率上限內,那就能大大提高回收率呢?
先不說現實交通環境中有沒有可能做到這樣理想的駕駛,因為制動是一種涉及到速度變化的工況,整個過程里隨著車速的降低,電機/發電機的轉速也在降低,換言之其功率也會隨之下降。所以很容易推演出,一旦車速降至發電機輸出低于電池充電功率上限的瞬間,那么往后整套系統的功率就會隨著車速進一步下降而下降,一直到車輛停下/發電機功率歸零為止。

而這就意味著,無論你再怎么控制著制動力,只要你是打算把車剎停的話,那么到一定速度以下的這段區間里,機械制動部分就一定得介入,動能就始終不能被完全利用。
標簽:  動能回收
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