说起新能源车的驾驶感受,“制动能量回收”不免被热议。相信80%朋友,都知道动能回收到了电池包中。但是:![](http://www.globalautomotivetech.com/file/upload/202304/21/085316721.gif)
制动能量回收的功能,可以返还高达34%的电池能量。
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如果你对结论感兴趣,不妨一起深入了解下“制动能量回收”。根据能量守恒定律,车辆行驶中的能量变化如图。电动车与传统车的区别在于其减速时,动能多了一个转变方向,可转换为电池电能再次回收利用。这也就是我们熟知的能量回收。
但是,动能如何转变为电能?很多人认为是电机通过“反转”来发电,这么理解有一点问题。
能量回收原理
电机中,转子和车轮通过齿轮相连。车辆减速时,车依然在往前走,方向没变,电机转动的方向自然也没有改变。以新能源车常用的永磁同步电机为例,电机中有两个磁场:转子磁场:转子中自带永磁体,形成稳定磁场,并随转子的转动而转动。定子磁场:定子中的绕组可理解为导线,导线中通过电流,其周围的空间将产生感应磁场。导线中通入交流电,其周围空间产生旋转的感应磁场。
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电机工作时,这一对CP——小定(电机定子产生的旋转感应磁场)和小转(转子的永磁体磁场)就像两位手牵手、齐步走的小朋友。
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——小定在前,小转在后,小定拉着小转走,就是电机驱动状态;——小定突然闹脾气不走了,而且往后拽由于惯性而继续前行的小转,两个人越走越慢,最后停了下来,也就是电机能量回收。可以发现小转一直在往前走,只是前面被小定“驱动”,后面被小定“制动”。而小定拖拽小转的力,乘以电机半径就是扭矩,大小也就是能量回收强度。但这里存在一个问题——我们开车时,有时需要急刹,有时需要滑行,不同工况下的减速需求不一样,不能任由“小定”发脾气,所以能量回收的减速度是需要控制的。
那能量回收强度设置成多大合适?
能量回收强度可通过减速度体现。当能量回收减速度达不到日常驾驶所需时,就不得不引入摩擦制动来补偿,能量也就以热能形式损失了。
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能量回收过大,松开油门车立刻急刹,也不是用户想要的驾驶感受。从工程师以往严谨的作风来判断,是时候拿出点“数据”了。大数据统计显示,在典型道路驾驶工况中,一半以上的减速度需求小于0.05g,因此汽油车通常的滑行减速度就是这个值。
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减速度0.15g,覆盖了95%的减速需求,再往上0.05g,只对应了3%的工况,却会导致乘坐人员的不适感,意义不大。因此大部分车辆的单踏板模式的最大减速度,被设定在了0.15g。
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因此带来的能量回收效果也是你意想不到的。为了让朋友们有直观认识,我们还是看两个实例。
真实车主的统计情况
按照国家要求,新能源汽车需要将去除用户隐私后的运行信息储存在系统中。我们联系了一辆上海市纯电动出租车,并随机挑选一天的运行数据。
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根据这位师傅的实际运行数据,我们脑补出了《电动出租车司机的十二时辰》……2019年7月1日,中雨转小雨,气温22-27℃。王师傅隔夜用家里的慢充桩充满了电,早上6点03分就出门开始了一天的运营。中午12点的时候他休息了40分钟,吃饭的同时顺便用快充补了一些电。下午继续运营,到晚上7点多的时候就回家休息了。一整天一共行驶了285km,共消耗电量37.6度,平均能耗13.2kWh/100km。去除休息时间,一共运营了12个小时,平均车速23.8km/h。
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初中物理老师告诉我们,功率乘以时间,得到做功的多少,就是能量。这些数据中,包含了电池SOC(剩余能量),实时的电压和电流。通过电压与电流的实时乘积,可以获得车辆实时的功率。信号的精度是每秒1帧,可以基本实现积分的精度。
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功率曲线与横坐标围出来的面积,就是能量。通过对功率在时间上进行积分(就是曲线与横轴围出图形的面积),可以算出这段时间里车辆消耗,和回收的能量。对王师傅爱车进行一通分析后发现:减速时回收的能量是非常可观的,泼出去的水,又回来了一部分。
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这台车的电池包当天一共输出了57.2度电,但是只有37.6度是原本电池包存储的,剩下的19.6度电,都是能量回收系统带来的,回收了34%的电量。
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由于信号质量的问题,根据经验计算结果可能有10%左右的误差。就是说结论是35.5%,有可能是37%,有可能是32%。这里要说明,实际情况中,会有很多因素对能量回收的效率造成影响。首先,这台纯电动出租车,装备了智能的制动能量分配装置博世i-Booster。一般在0.3g以下的制动,都会交由电机,而不是机械刹车卡钳来进行制动,以减少能量的损失。能量回收的比例和效率会略高于没有装备这套系统的车辆,要高3%左右。
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其次,NEDC或其他标准工况是默认在平地上行驶的,实际上道路坡度对于能量的回收是有影响的。空调和附件消耗的能量无法回收,如果气温高过35℃,空调等附件消耗的能量达到整车能耗的25%-30%也是很正常的,而当天的气温也非常宜人,导致“34%”这个计算值非常理想。最后,有点违背“常识”——驾驶越激烈,能量回收的会更多一些。那么,这些能量会对续航产生多大影响?
对比实验测试
我们又找了一台相同车型的纯电动汽车,在下班拥堵的公路上,对比测试了两种情况——1、去除智能的制动能量分配功能,并将制动能量回收强度的上限设到0.05g(不是完全没有,只是设了一个上限)。
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结果,随着能量回收强度上限的加大,以及i-Booster的智能接入,能耗就降低了约10%。如果完全去除能量回收功能,这个值毫无疑问会更大。
总结一下
1,电机的驱动和能量回收,是由定子磁场对转子磁场的驱动和拖拽产生的。通过电机控制器调节定子绕组电流,就可以改变定子磁场强度,改变定子与转子间相互作用力即电机扭矩,包括正扭矩和负扭矩。2,对同一款纯电动车型,合理的制动和能量回收策略,可有效提升续驶里程。配合智能制动能量分配,实测数据显示,在较为理想的情况下,相比没有制动能量回收功能,能回收高达34%的能量。看到这里,可能还有朋友想,虽然能量回收延长了续航里程,但是回收强度太大,开着不习惯啊。
车评人在讲能量回收时,也习惯说“拖拽感很强”“力度太猛,容易晕车”。很多人会默认是“能量回收强度太大”惹的祸,觉得这个功能很鸡肋。但“能量回收”真的不是这么简单,因为还要看能量回收策略做的如何。我们会在以后的文章中详细谈到。
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