摘要：新能源汽車是將車輛減速時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，回收入動(dòng)力電池，而不是摩擦浪費(fèi)掉，這無疑相當(dāng)于增加了蓄電池的容量。汽車的制動(dòng)性能關(guān)系到汽車的安全，制動(dòng)能量回收技術(shù)的應(yīng)用不能影響汽車的制動(dòng)性能，如何將二者完美的接合對(duì)于新能源汽車的發(fā)展是個(gè)關(guān)鍵性的問題。文章對(duì)新能源汽車的制動(dòng)能量回收技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；制動(dòng)能量回收；制動(dòng)力分配；動(dòng)力電池；制動(dòng)性能 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U469 文章編號(hào)：1009-2374（2016）36-0107-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.053

1 新能源汽車概述

新能源汽車是指不采用常規(guī)的車用燃料（或采用常規(guī)的車用燃料同時(shí)增加新型車載動(dòng)力裝置）作為動(dòng)力來源，綜合車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，原理先進(jìn)，具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。目前都是以電能或常規(guī)能源與電能并用作為動(dòng)力來源的。

1.1 電動(dòng)汽車的歷史簡(jiǎn)介

其實(shí)要說新能源汽車，電能汽車可一點(diǎn)都不“新”，早在1800年電池就已經(jīng)問世了，1873年英國(guó)人Robert Davidson采用鐵鋅電池（不可充電）作為動(dòng)力源成功將一輛三輪馬車改造成世界上第一輛電動(dòng)車，1882年法國(guó)人制造可載50人電動(dòng)汽車，1886年倫敦出現(xiàn)了電動(dòng)公交車。我們現(xiàn)在所廣泛采用的內(nèi)燃機(jī)汽車是1886年誕生的，所以要說“新”，內(nèi)燃機(jī)汽車更年輕一些。1900年美國(guó)的汽車產(chǎn)量為4195輛，其中電動(dòng)汽車1575輛、蒸汽汽車1684輛、內(nèi)燃機(jī)汽車936輛，電動(dòng)汽車要比內(nèi)燃機(jī)汽車產(chǎn)量高。不過電動(dòng)車存在蓄電池充電這一瓶頸，相比之下內(nèi)燃機(jī)汽車在續(xù)航問題上更具備優(yōu)勢(shì)，所以后來者居上，到1920年美國(guó)的公路上已經(jīng)基本上看不到電動(dòng)汽車的身影了。而今，由于環(huán)境、能源等問題，人們?cè)谄嚿现匦吕秒娔?，電?dòng)汽車反倒成了“新”能源汽車。

1.2 新能源汽車的形式

新能源汽車的形式包括混合動(dòng)力汽車、燃料電池電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車、增程式電動(dòng)汽車、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、其他新能源汽車等。

混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV）是由兩個(gè)或兩個(gè)以上能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)聯(lián)合組成動(dòng)力系統(tǒng)的車輛，車輛的動(dòng)力依據(jù)實(shí)際的車輛行駛狀態(tài)由單個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)提供或多個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)共同提供?；旌蟿?dòng)力汽車有多種組成部件、布置方式和控制策略，形式多樣。

燃料電池電動(dòng)汽車（Fuel Cell Electric Vehicle，F(xiàn)CEV）是純電動(dòng)汽車的一種，主要區(qū)別在于動(dòng)力電池的工作原理不同。燃料電池的電能是通過氫氣和氧氣在催化劑的作用下經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的。

純電動(dòng)汽車（Blade Electric Vehicles，BEV）是以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛的車輛，而電動(dòng)機(jī)所需電能完全來自儲(chǔ)能動(dòng)力源—蓄電池。

氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車（Hydrogn Engine Vehicles）是以氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源的汽車。氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車是一種真正實(shí)現(xiàn)零排放的汽車，其排放物為H2O。

其他新能源汽車包括使用飛輪、超級(jí)電容器等高效儲(chǔ)能器的汽車。目前在我國(guó)，新能源汽車主要是指純電動(dòng)汽車、增程式電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車和燃料電池電動(dòng)汽車，常規(guī)混合動(dòng)力汽車被劃分為節(jié)能汽車。

2 制動(dòng)能量回收技術(shù)概述

制動(dòng)能量回收是指在汽車制動(dòng)時(shí)，由能量回饋裝置進(jìn)行汽車制動(dòng)，并將由此轉(zhuǎn)化或再生的能量回饋給能量存儲(chǔ)系統(tǒng)（如蓄電池）用于驅(qū)動(dòng)汽車或車載附件的工作。

2.1 汽車的制動(dòng)

汽車的制動(dòng)分為廣義和狹義兩種解釋。廣義上講，凡是利用與驅(qū)動(dòng)力相反的力使汽車減速、停駛或可靠駐停的過程都應(yīng)該稱為制動(dòng)。狹義上講，就是利用汽車的制動(dòng)器形成專門的與驅(qū)動(dòng)力相反的制動(dòng)力來制動(dòng)。

現(xiàn)代汽車廣泛采用摩擦式制動(dòng)器，任何形式的制動(dòng)器都包括兩個(gè)重要的組成部分即運(yùn)動(dòng)元件和靜止元件。運(yùn)動(dòng)元件同車輪連接，汽車行駛時(shí)運(yùn)動(dòng)元件與車輪一同以車軸中心為軸心旋轉(zhuǎn)；靜止元件為相對(duì)靜止，它被固定安裝在汽車底盤上，不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。在汽車行駛過程中，運(yùn)動(dòng)元件與靜止元件存在配合間隙，互不干擾；制動(dòng)時(shí)，駕駛員通過驅(qū)動(dòng)裝置使兩元件接觸并在其接觸表面施以正壓力，在摩擦力的作用下使運(yùn)動(dòng)元件及其相連的車輪減速甚至停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

摩擦生熱，制動(dòng)一定會(huì)消耗一部分能量，在中國(guó)的城市道路工況下，以捷達(dá)轎車為例，它的滾動(dòng)阻力將消耗1130千焦能量，風(fēng)阻將消耗530千焦能量，制動(dòng)將消耗1287千焦能量，制動(dòng)消耗能量占能量總消耗的44%。如果將這44%的制動(dòng)能量減小或重新利用，那么將會(huì)明顯地提升汽車的經(jīng)濟(jì)效率并能節(jié)省燃料降低排放。

2.2 制動(dòng)能量的回收

如果將車輛減速時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，回收入動(dòng)力電池，而不是摩擦浪費(fèi)掉，這無疑相當(dāng)于增加了蓄電池的容量。這一技術(shù)最早應(yīng)用于火車，火車的驅(qū)動(dòng)都是由直流或交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，在制動(dòng)時(shí)，通過電路的控制，使電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，以發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的阻力來制動(dòng)，生成的電力可以反饋到電網(wǎng)之上，稱為再生制動(dòng)。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下將該技術(shù)應(yīng)用于新能源汽車，對(duì)于提高新能源汽車的續(xù)駛里程性能方面具有重要的意義。一般來講，假設(shè)在動(dòng)力電池的充電效率為100%，電動(dòng)機(jī)的效率、制動(dòng)回饋的效率為50%，車輛總消耗能量的50%用于獲得車輛動(dòng)能的設(shè)定條件下，根據(jù)能量守恒而解析計(jì)算得到：采用再生制動(dòng)能量回收，可提高車輛續(xù)駛里程約33%。

2.3 制動(dòng)能量回收方式

目前制動(dòng)能量的回收有三種方式：

方式一：機(jī)械式，如圖1（a）所示利用飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量產(chǎn)生制動(dòng)力。當(dāng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力時(shí)，離合器1接合，離合器2分離，這和普通的發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)是一樣的；當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，離合器1分離，離合器2接合，利用飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量制造阻力，降低傳動(dòng)系的終端車輪的轉(zhuǎn)速；在儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)儲(chǔ)存有足夠能量的情況下，當(dāng)汽車克服重載時(shí)可將離合器1與離合器2同時(shí)接合，利用儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)中因制動(dòng)而產(chǎn)生的能量幫助發(fā)動(dòng)機(jī)克服負(fù)載，從而節(jié)省燃料提升續(xù)航里程。但是飛輪質(zhì)量大，占用空間大，并且造成傳動(dòng)系復(fù)雜，加之抗振性差，所以目前較少采用。

方式二：液壓或氣壓儲(chǔ)能式，如圖1（b）所示利用泵與馬達(dá)互為逆原理，制動(dòng)時(shí)利用泵（或空氣壓縮機(jī)）的阻力產(chǎn)生制動(dòng)力并將由機(jī)械能轉(zhuǎn)化來的液壓能（或氣壓能）存于蓄能器（或儲(chǔ)氣罐）。當(dāng)汽車克服重載時(shí)利用蓄能器（或儲(chǔ)氣罐）中的液壓能或氣壓能逆向驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)（或氣壓馬達(dá)），從而幫助發(fā)動(dòng)機(jī)克服負(fù)載。但由于工作性質(zhì)的區(qū)別，制造完全可逆的泵/馬達(dá)難度較大，而且液壓傳動(dòng)壓力高，對(duì)密封性要求嚴(yán)格，蓄能器儲(chǔ)能能力和空間有限，這些因素制約了此種方式在新能源汽車上的應(yīng)用。未來如果能解決空氣壓縮機(jī)/氣壓馬達(dá)逆變問題，此方式在采用氣壓制動(dòng)的商用新能源汽車上有極大的發(fā)展空間。

方式三：電儲(chǔ)能式，如圖1（c）所示在制動(dòng)時(shí)，通過電路的控制使電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，以發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的阻力來制動(dòng)，所轉(zhuǎn)化的電能存于蓄電池。當(dāng)汽車克服重載時(shí)利用蓄電池中的電能逆向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，從而幫助發(fā)動(dòng)機(jī)克服負(fù)載。此方案目前在新能源汽車中應(yīng)用較為廣泛。

3 制動(dòng)能量回收技術(shù)對(duì)新能源汽車發(fā)展的影響

汽車的制動(dòng)性能關(guān)系到汽車的安全，制動(dòng)能量回收技術(shù)的應(yīng)用不能影響汽車的制動(dòng)性能，如何將二者完美地接合對(duì)于新能源汽車的發(fā)展是個(gè)關(guān)鍵性的問題。目前二者的結(jié)合有兩種方案，即并聯(lián)式制動(dòng)力分配和串聯(lián)式制動(dòng)力分配。

并聯(lián)式制動(dòng)力分配是指制動(dòng)能量回收所提供制動(dòng)力與常規(guī)制動(dòng)力并聯(lián)，所以對(duì)常規(guī)制動(dòng)裝置改動(dòng)較小或可不改動(dòng)。

串聯(lián)式制動(dòng)力分配是指制動(dòng)能量回收所提供制動(dòng)力與常規(guī)制動(dòng)力串聯(lián)，所以需要對(duì)常規(guī)制動(dòng)裝置改動(dòng)，但摩擦制動(dòng)力可以調(diào)節(jié)，制動(dòng)感受更加優(yōu)質(zhì)并且獲得更高的制動(dòng)能量回收效率。因此串聯(lián)式制動(dòng)力分配策略將會(huì)是未來新能源汽車制動(dòng)能量回收技術(shù)的發(fā)展方向并且對(duì)我國(guó)新能源汽車技術(shù)產(chǎn)生以下兩方面的影響：

3.1 插電式混合動(dòng)力汽車在我國(guó)更加具有發(fā)展優(yōu)勢(shì)

插電式混合動(dòng)力汽車相對(duì)于純電動(dòng)汽車、增程式電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車對(duì)于蓄電池充電問題這一瓶頸采用了相對(duì)更佳的解決方案，并且在續(xù)航里程、對(duì)傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)的改變、安全便捷等方面更具優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于常規(guī)混合動(dòng)力汽車它又享受政府財(cái)政補(bǔ)貼、免稅等政策，并且在制動(dòng)能量回收上更容易采用電儲(chǔ)能方式如圖1（c），因此插電式混合動(dòng)力汽車在我國(guó)更加具有發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

3.2 促進(jìn)我國(guó)ABS＼EBD＼ASR＼ESP等技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步

目前我國(guó)在乘用車ABS＼EBD＼ASR＼ESP等技術(shù)上還完全依賴進(jìn)口，這將制約我國(guó)新能源汽車技術(shù)的發(fā)展，那么為了在新能源汽車技術(shù)上實(shí)現(xiàn)趕超發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)將會(huì)直接跨越傳統(tǒng)能源汽車ABS＼EBD＼ASR＼ESP時(shí)代而直接研發(fā)將ABS＼EBD＼ASR＼ESP單元與制動(dòng)能量回收單元、驅(qū)動(dòng)單元一體化的新型制動(dòng)系統(tǒng)，這將促進(jìn)我國(guó)ABS＼EBD＼ASR＼ESP等技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。

我國(guó)是世界第二大經(jīng)濟(jì)體，在取得巨大成就的同時(shí)應(yīng)該看到我國(guó)人口世界第一，是能源消耗大國(guó)，發(fā)展新能源汽車符合我國(guó)國(guó)情，利國(guó)利民。而制動(dòng)能量回收技術(shù)又是發(fā)展新能源汽車技術(shù)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，雖然它目前還不夠成熟，但發(fā)展該技術(shù)在當(dāng)下可以提升傳統(tǒng)燃料汽車的效率，提升汽車燃油經(jīng)濟(jì)性能，刺激我國(guó)汽車制動(dòng)系統(tǒng)制造業(yè)的推陳出新；在未來它有助于推動(dòng)新能源汽車技術(shù)的成熟，為新能源汽車的廣泛普及提供助推劑，發(fā)展制動(dòng)能量回收技術(shù)勢(shì)在必行。

參考文獻(xiàn)

[1] 張俊智.混合動(dòng)力城市客車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)道路試 驗(yàn)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2009，（2）.

[2] 張俊智.混合動(dòng)力城市客車串聯(lián)式制動(dòng)能量回饋技術(shù) [J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2009，（6）.

作者簡(jiǎn)介：姜峰（1982-），男，吉林工程職業(yè)學(xué)院汽車工程分院講師，沈陽航空航天大學(xué)工程碩士，研究方向：汽車構(gòu)造、液壓傳動(dòng)。

（責(zé)任編輯：王 波）