電動(dòng)研習(xí)社:動(dòng)能回收的那些小門(mén)道
純電動(dòng)汽車(chē)如何提高電池壽命?為了解決這個(gè)問(wèn)題,廠商們已經(jīng)將純電動(dòng)汽車(chē)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(chē)行駛之外,它還會(huì)獲得與燃油車(chē)完全不同的感覺(jué)。你知道它過(guò)去的生活和它給我們帶來(lái)的好處嗎?
● F1還配備動(dòng)能回收系統(tǒng)。
在講純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)能回收之前,我們先來(lái)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(chē),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(lái)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(guò)技術(shù)儲(chǔ)存能量。當(dāng)車(chē)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(lái),這與如今新能源汽車(chē)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(jiǎn)單。一般來(lái)說(shuō),我們可以把飛輪理解為一種儲(chǔ)能裝置,類(lèi)似于兒童玩具回力車(chē)的彈簧。當(dāng)車(chē)輛制動(dòng)可以回收動(dòng)能時(shí),動(dòng)能通過(guò)無(wú)級(jí)變速器傳遞給飛輪,飛輪通過(guò)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(wú)級(jí)變速器、齒輪組等多個(gè)部件作為輔助。這種添加過(guò)程和系統(tǒng)權(quán)重不是白來(lái)的嗎?有必要通過(guò)提高飛輪的轉(zhuǎn)速來(lái)增加儲(chǔ)存的動(dòng)能。比如Flybrid公司開(kāi)發(fā)的機(jī)械飛輪,最大轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到了6萬(wàn)r/min左右,顯然無(wú)法與發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輪的轉(zhuǎn)速相匹配。因此,需要“無(wú)級(jí)變速器”來(lái)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(wú)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(kāi),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(guò)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(méi)有馬達(dá)或電池。這是因?yàn)镕1必須考慮汽車(chē)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(chē)短時(shí)間內(nèi)的動(dòng)力提升,但不適合民用車(chē)。
●使用動(dòng)能回收的混合動(dòng)力汽車(chē)示例
F1的機(jī)械飛輪不能儲(chǔ)存太多能量,但新能源車(chē)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(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē),電池組已經(jīng)成為動(dòng)能的目的地?;旌蟿?dòng)力車(chē)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(chē)輛能效,也意味著降低能耗。因此,新能源汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性能離不開(kāi)能量回收技術(shù)的幫助。
大致來(lái)說(shuō),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(chē)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(wú)關(guān),就不說(shuō)了。
●增加一種“奇妙動(dòng)能回收”
無(wú)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(lái)說(shuō),動(dòng)能回收系統(tǒng)還包括吸收車(chē)身顛簸的形式,稱(chēng)為“車(chē)身液壓動(dòng)能回收系統(tǒng)”。
車(chē)輛顛簸時(shí),車(chē)身上下運(yùn)動(dòng)也有動(dòng)能。原則上,車(chē)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(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。一般來(lái)說(shuō),這種動(dòng)能回收系統(tǒng)配有活塞式液壓泵,車(chē)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(pán)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)車(chē)的動(dòng)能回收●純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)能回收
純電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī),所以它的動(dòng)能回收是通過(guò)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的,而純電動(dòng)汽車(chē)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(chē)使用的動(dòng)能回收系統(tǒng)被稱(chēng)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(lái)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(guò)程,這就是所謂的電磁。當(dāng)兩個(gè)磁場(chǎng)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(guò)程。
當(dāng)駕駛員松開(kāi)油門(mén)踏板時(shí),電機(jī)不需要工作,開(kāi)始充當(dāng)發(fā)電機(jī)。此時(shí),車(chē)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(chǎng)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(chē)輛的減速效果。
順便說(shuō)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(chē)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(chē)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(wú)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(wú)法承受如此大的車(chē)輛重量帶來(lái)的慣性,而電機(jī)反向拖動(dòng)則可以。
上面我們說(shuō)過(guò),電機(jī)“減阻”實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛減速的效果。動(dòng)能回收強(qiáng)時(shí),車(chē)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(chē)輛滑行距離長(zhǎng),動(dòng)能回收效果弱。通過(guò)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(lái)說(shuō),動(dòng)能回收有利于提高車(chē)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(shuō)如果頻繁使用“動(dòng)能回收+再次啟動(dòng)”,車(chē)輛會(huì)浪費(fèi)更多的能量。雖然這很難通過(guò)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(lái)說(shuō),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(shuō)法也是有理論依據(jù)的。日常用車(chē),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(lái)調(diào)整動(dòng)能回收。此外,在車(chē)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(chē),此時(shí)可能只有動(dòng)能回收干預(yù)。當(dāng)車(chē)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(chē)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(chē)用戶,相信很多人也不習(xí)慣動(dòng)能回收帶來(lái)的駕駛感受,因?yàn)槟壳安糠周?chē)型的動(dòng)能回收介入過(guò)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(lái)說(shuō),喜歡它帶來(lái)的輕松駕駛體驗(yàn)是一個(gè)不可忽視的因素。
如果你從來(lái)沒(méi)有接觸過(guò)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(jué)。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(ài)上這種感覺(jué)。當(dāng)然,這是針對(duì)動(dòng)能回收和調(diào)整好的車(chē)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(chē)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(chē)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(kāi)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(shuō)回來(lái),它只有經(jīng)過(guò)調(diào)整才能吸引用戶,相反,用戶離它只能越來(lái)越遠(yuǎn)??傊?,從駕駛舒適性和續(xù)航能力兩個(gè)方面來(lái)說(shuō),我個(gè)人建議大家多嘗試動(dòng)能回收,說(shuō)不定這能成為你的最?lèi)?ài)。
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