電動(dòng)研習(xí)社：動(dòng)能回收的那些小門道

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純電動(dòng)汽車如何提高電池壽命？為了解決這個(gè)問題，廠商們已經(jīng)將純電動(dòng)汽車武裝到了牙齒，比如不斷改進(jìn)動(dòng)力電池技術(shù)，不斷降低風(fēng)阻，甚至對(duì)輪圈采用了所謂的“低風(fēng)阻輪圈”。就提高電池壽命而言，其實(shí)還有一項(xiàng)技術(shù)是我們不能忽視的，那就是動(dòng)能回收。除了讓純電動(dòng)汽車行駛之外，它還會(huì)獲得與燃油車完全不同的感覺。你知道它過去的生活和它給我們帶來的好處嗎？

● F1還配備動(dòng)能回收系統(tǒng)。

在講純電動(dòng)汽車動(dòng)能回收之前，我們先來看三種能量回收的例子。它們本質(zhì)上不同于純電動(dòng)汽車，應(yīng)用不同的技術(shù)原理和邏輯，達(dá)到不同的效果和目的，但都是“回收本來會(huì)浪費(fèi)的能量”的方案。比如2021年，F(xiàn)1推出了“機(jī)械飛輪動(dòng)能回收系統(tǒng)”，目的是通過技術(shù)儲(chǔ)存能量。當(dāng)車輛需要更多動(dòng)力時(shí)，能量會(huì)在短時(shí)間內(nèi)釋放出來，這與如今新能源汽車所使用的動(dòng)能回收系統(tǒng)不同。

機(jī)械飛輪動(dòng)能回收系統(tǒng)原理簡單。一般來說，我們可以把飛輪理解為一種儲(chǔ)能裝置，類似于兒童玩具回力車的彈簧。當(dāng)車輛制動(dòng)可以回收動(dòng)能時(shí)，動(dòng)能通過無級(jí)變速器傳遞給飛輪，飛輪通過高速旋轉(zhuǎn)積累能量。

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)還需要無級(jí)變速器、齒輪組等多個(gè)部件作為輔助。這種添加過程和系統(tǒng)權(quán)重不是白來的嗎？有必要通過提高飛輪的轉(zhuǎn)速來增加儲(chǔ)存的動(dòng)能。比如Flybrid公司開發(fā)的機(jī)械飛輪，最大轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到了6萬r/min左右，顯然無法與發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪的轉(zhuǎn)速相匹配。因此，需要“無級(jí)變速器”來傳遞動(dòng)能。

此外，為了達(dá)到不浪費(fèi)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)能和釋放動(dòng)能的目的，與無級(jí)變速箱連接的傳動(dòng)軸上還裝有軸側(cè)離合器。當(dāng)不需要回收動(dòng)能時(shí)，離合器斷開，飛輪不回收動(dòng)能；當(dāng)飛輪節(jié)省的動(dòng)能需要釋放時(shí)，離合器接合，飛輪端的動(dòng)能通過齒輪與主變速箱輸出端的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力匯合，再將動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪。

我們可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)中沒有馬達(dá)或電池。這是因?yàn)镕1必須考慮汽車的重量，所以機(jī)械飛輪儲(chǔ)存的能量是有限的，釋放動(dòng)能的時(shí)間往往不到10秒。這適合賽車短時(shí)間內(nèi)的動(dòng)力提升，但不適合民用車。

●使用動(dòng)能回收的混合動(dòng)力汽車示例

F1的機(jī)械飛輪不能儲(chǔ)存太多能量，但新能源車本身需要配備電池組。這不就是回收動(dòng)能的地方嗎？包括純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車，電池組已經(jīng)成為動(dòng)能的目的地?；旌蟿?dòng)力車型有發(fā)動(dòng)機(jī)，可以回收發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能，比如豐田的THS混合動(dòng)力系統(tǒng)。避免動(dòng)能浪費(fèi)，提高車輛能效，也意味著降低能耗。因此，新能源汽車的經(jīng)濟(jì)性能離不開能量回收技術(shù)的幫助。

大致來說，豐田THS系統(tǒng)的E-CVT變速箱包括MG1發(fā)電機(jī)和MG2驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)有多余動(dòng)力或怠速但不需要?jiǎng)恿敵鰰r(shí)，動(dòng)能由MG1轉(zhuǎn)化為電能，然后傳遞給電池組。當(dāng)車輛需要?jiǎng)恿敵鰰r(shí)，用MG2作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力；此外，MG1還有一個(gè)額外的調(diào)速功能，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能在經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)工作，這與動(dòng)能回收無關(guān)，就不說了。

●增加一種“奇妙動(dòng)能回收”

無論是機(jī)械飛輪動(dòng)能回收還是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)能回收，都是回收“驅(qū)動(dòng)部分”的能量。其實(shí)廣義來說，動(dòng)能回收系統(tǒng)還包括吸收車身顛簸的形式，稱為“車身液壓動(dòng)能回收系統(tǒng)”。

車輛顛簸時(shí)，車身上下運(yùn)動(dòng)也有動(dòng)能。原則上，車身的液壓動(dòng)能回收將這種動(dòng)能回收并轉(zhuǎn)化為電能或其他能量來驅(qū)動(dòng)車輛。一般來說，這種動(dòng)能回收系統(tǒng)配有活塞式液壓泵，車身的上下運(yùn)動(dòng)會(huì)將液壓油泵入儲(chǔ)能罐。必要時(shí)，帶壓液壓油可帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而達(dá)到動(dòng)能回收再利用的效果。

這種回收動(dòng)能的方式不是空洞誘導(dǎo)風(fēng)。事實(shí)上，在2021年前后，奧迪發(fā)布了一款名為機(jī)電旋轉(zhuǎn)減震器的底盤懸架系統(tǒng)，用機(jī)電旋轉(zhuǎn)減震器取代了傳統(tǒng)的液壓減震器。奧迪對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，在高速公路、鄉(xiāng)村公路、紐伯格林賽道三種不同路況下，其能量回收功率約為3-613W。

●純電動(dòng)汽車的動(dòng)能回收

純電動(dòng)汽車沒有混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，所以它的動(dòng)能回收是通過電機(jī)實(shí)現(xiàn)的，而純電動(dòng)汽車配備了更大容量的動(dòng)力電池，動(dòng)力電池自然成為“動(dòng)能的歸宿”。目前，大多數(shù)純電動(dòng)汽車使用的動(dòng)能回收系統(tǒng)被稱為“電池-電機(jī)動(dòng)能回收系統(tǒng)”。顧名思義，就是依靠電池和電機(jī)來達(dá)到回收動(dòng)能的目的。

我們都知道電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，這就是所謂的電磁。當(dāng)兩個(gè)磁場通電時(shí)，產(chǎn)生互斥或吸引力，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行。同時(shí)，電動(dòng)機(jī)可以充當(dāng)發(fā)電機(jī)。相反，它是電磁感應(yīng)和機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程。

當(dāng)駕駛員松開油門踏板時(shí)，電機(jī)不需要工作，開始充當(dāng)發(fā)電機(jī)。此時(shí)，車輛的機(jī)械能被發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，并充入電池組。發(fā)電機(jī)工作時(shí)，兩個(gè)磁場也產(chǎn)生一定的扭矩，與電機(jī)輸出的力相反，從而實(shí)現(xiàn)“電機(jī)反拖”和車輛的減速效果。

順便說一句，動(dòng)能回收系統(tǒng)的主要功能是減少動(dòng)能的浪費(fèi)，提高續(xù)航里程。此外，由于能使車輛減速，也降低了使用機(jī)械制動(dòng)器的頻率，在一定程度上保護(hù)了制動(dòng)系統(tǒng)。在民用車輛中，這可能意義不大，但利用電機(jī)反向拖動(dòng)的原理，在“巨無霸”NTE330中也起到了不可或缺的作用，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的機(jī)械制動(dòng)器無法承受如此大的車輛重量帶來的慣性，而電機(jī)反向拖動(dòng)則可以。

上面我們說過，電機(jī)“減阻”實(shí)現(xiàn)了車輛減速的效果。動(dòng)能回收強(qiáng)時(shí)，車輛減速明顯，滑行距離小，此時(shí)動(dòng)能回收效果最強(qiáng)。相反，車輛滑行距離長，動(dòng)能回收效果弱。通過調(diào)節(jié)電機(jī)通電線圈的電流，也調(diào)節(jié)了電機(jī)的反向阻力，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)能回收力的分級(jí)。

一般來說，動(dòng)能回收有利于提高車輛的續(xù)航性能，但如果我們更認(rèn)真地考慮，可能就不是這樣了。畢竟動(dòng)能回收效率不可能達(dá)到100%，也就是說如果頻繁使用“動(dòng)能回收+再次啟動(dòng)”，車輛會(huì)浪費(fèi)更多的能量。雖然這很難通過實(shí)際測(cè)試準(zhǔn)確證明，但理論上是有原因的，對(duì)吧？

基于以上結(jié)論，對(duì)于平均駕駛水平的駕駛員來說，在擁堵路段可以更多地使用高強(qiáng)度動(dòng)能回收，因?yàn)閾矶聴l件下的制動(dòng)和啟動(dòng)可能更容易判斷，而在暢通路段我們可能會(huì)更多地使用低強(qiáng)度動(dòng)能回收，因?yàn)樵谶@種工況下，一般只需要減速，而不需要很大的速度變化甚至制動(dòng)。

當(dāng)然，以上說法也是有理論依據(jù)的。日常用車，我們不用太糾結(jié)。更多的情況下，我們可以根據(jù)自己的駕駛習(xí)慣來調(diào)整動(dòng)能回收。此外，在車輛的調(diào)整中，動(dòng)能回收系統(tǒng)和機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)之間通常會(huì)有巧妙的配合。比如駕駛員不需要大力剎車，此時(shí)可能只有動(dòng)能回收干預(yù)。當(dāng)車輛需要更大的制動(dòng)力時(shí)，動(dòng)能回收將滿載，并涉及機(jī)械制動(dòng)，這就是為什么很多車輛的制動(dòng)踏板踩下時(shí)，動(dòng)能回收的功率會(huì)達(dá)到峰值。

即使是純電車用戶，相信很多人也不習(xí)慣動(dòng)能回收帶來的駕駛感受，因?yàn)槟壳安糠周囆偷膭?dòng)能回收介入過程并不順暢，產(chǎn)生的制動(dòng)力有點(diǎn)讓人摸不著頭腦。個(gè)人認(rèn)為對(duì)于喜歡使用這個(gè)功能的司機(jī)來說，喜歡它帶來的輕松駕駛體驗(yàn)是一個(gè)不可忽視的因素。

如果你從來沒有接觸過動(dòng)能回收，我建議你多嘗試一些中低強(qiáng)度的動(dòng)能回收模式，逐漸習(xí)慣少用機(jī)械制動(dòng)的感覺。也許當(dāng)你想到“這個(gè)東西真的救了你的右腳”然后去高強(qiáng)度動(dòng)能回收的時(shí)候，你就會(huì)愛上這種感覺。當(dāng)然，這是針對(duì)動(dòng)能回收和調(diào)整好的車輛。如果系統(tǒng)突兀，力度不線性，邏輯混亂，真的不能讓你喜歡。我們?cè)谶x車時(shí)可以嘗試“動(dòng)能回收”作為參考項(xiàng)目。

總結(jié):

我相信，即使純電動(dòng)汽車的續(xù)航水平在不斷提升，廠商依然不會(huì)放棄動(dòng)能回收系統(tǒng)的開發(fā)，因?yàn)閾p失的能量本不該浪費(fèi)，但也是浪費(fèi)了，但話又說回來，它只有經(jīng)過調(diào)整才能吸引用戶，相反，用戶離它只能越來越遠(yuǎn)?？傊?，從駕駛舒適性和續(xù)航能力兩個(gè)方面來說，我個(gè)人建議大家多嘗試動(dòng)能回收，說不定這能成為你的最愛。