为什么电动车再生制动时大部分能量都消耗了,仅仅回收了一小部分能量?

假如汽车动能为 100%,再生制动接纳的能量仅为 10%-30%,确凿仅接纳了一小全体。这是因为有层层漏斗,筛失落了年夜全体能量。

第 1 层漏斗:风阻与摩阻转化成热能

一辆汽车正在路上跑,形容纵向静止的能源学方程为:

翻译成人话便是如许的:

这 4 项可分为两类:

  • 可接纳的机器能 :动能(车子由快变慢) + 重力势能(车子由高到低)
  • 弗成接纳的热能: 车轮转动磨擦生热 + 风阻生热

努致力,咱们是没有是也能够接纳热能呢? 没有能,那就违抗了热力学第二定律了。第二类永效果,是对于比有程度的官方迷信家最喜爱钻研的货色。

那末,可接纳的机器能占比几呢? 这与车开患上强烈程度有瓜葛,咱们正罕用驾驶轮回来钻研:下表中的“制动能量 / 驱动能量”[1],就代表了可接纳机器能所占的比例

较为柔以及的 ECE-15 轮回占比约 27.5%,而无比强烈的纽约市场轮回占比约为 86% —— 这就代表了制动能量接纳的下限。起初新出的 WLTC 轮回与 CLTC 轮回,数据应当正在 50%阁下,偶然机算一下。

需求指出的是,一切的驾驶轮回思考的都是平川的状况,而理论行驶则有分比方程度的高低坡。因而,驾驶轮回盘算出的制动能量下限是被低估了的

第 2 层漏斗:再生制动战略

现实的再生制动战略很容易: 先尽能够地运用再生制动,有余的全体再由机器制动供应

理论状况没那末现实,它有患上多束缚前提。

束缚前提 1:先后制能源调配

车有先驱后驱之分,但整个都是「四轮制动」。缘故是:制能源较年夜,仅由前轮或者后轮供应抓地力的话容易打滑。哪个轮子的制能源先高出抓地力,哪个轮就先打滑。前轮打滑落空转向威力,但并未失控;后轮打滑车子失控,有转向威力也没用了;总之都是很危急的。

从平安角度思考,咱们的先后制能源调配战略的基础准则是

  • 尽能够地先后轮都没有打滑。
  • 要是非要有一个轮要打滑的话,咱们指望是前轮。终究,前轮是兽性,后轮是兽性 —— 落空兽性,落空患上多;落空兽性,落空一切。

因为制动时的加速率,前轴对于高空的垂向力会增多,以是现实制能源调配的 I 曲线是向下蜿蜒的。咱们正在设想先后制能源调配要餍足(前 3 条为欧洲 ECE 强迫律例):

  1. 先后制能源调配曲线β线,尽能够切近 I 曲线,以使患上特定附着系数的路面上到达更年夜的制动强度
  2. 先后制能源调配曲线β线,必须正在 I 曲线之下,以使患上后轮没有会先于前轮抱去世
  3. 先后制能源调配曲线β线,必须正在βm 线之上,以制止正在湿滑路面上过早地到达附着极限。
  4. 思考到高空附着系数φ很少低于 0.2,以是许可后驱电动车β线正在 z<0.2 的局限内越过 I 曲线,以使患上后驱电动车提拔制动回馈效力(下图的红线)。

能够看出,正在年夜全体的制动状况下,前轮与后轮都要有制能源。以是,非四轮驱动的电动汽车很难接纳一切能量的。

以上论断都是基于 RBS(Regenerative Brake System)患上出的,特征是再生制动与机器制动没有谐以及管制。

2013 年 Bosch 推出了 ibooster 体系,使患上车企能够很容易完成 CRBS(Co-operative Regenerative Braking System),从而年夜年夜普及了可接纳的能量比例。

实践下去讲,有 CRBS 的四驱车基础上能够完成现实状况:先尽能够地运用再生制动,有余的全体再由机器制动供应。

与四驱车型相比,有 CRBS 的两驱车就需求或者多或者少打个折,先驱车打折少一些,后驱车打折多一点。

然而,就为了多接纳一点能量,电动车你买先驱车心没有痛吗?

但理论上,还要思考患上多其它的工程界限前提,照样要做出未必斗争的。就譬如说最年夜充电功率前提: 机电的发电功率下限、电池 SOC 制约、电池温度制约等等。这些制约,存正在于混动车中,或者纯电车较高 SOC 状况下。

这或者多或者少照样要打个折。

第 3 层漏斗:能量转换门路

接纳能量再次转换为驱动能量,需求经验下列历程:

接纳能量→ 传动体系效力 → 机电发电效力 → 电池充电效力 → 存储正在电池中的化学能 → 电池放电效力 → 机电驱动效力 → 传动体系效力 → 驱动能量。

举个例子,要是汽车动能为 100%,那理论需求斲丧 110%的电池能量;假如能接纳的机器能占 50%,受工程前提束缚理论接纳了 30%,回到电池里便是 27%。

27%没有是终究数字,还需求再算两步:

  • 终究回见效力: 27%/110% = 24.5%
  • 续航里程增多: 1/(1-24.5%) = 33% (等比数列乞降题目)

亲历的工程名目

为啥我对于下面这些这么熟呢,因为我亲自干过 —— 以及 2 位电气 / 线束工程师一同,把近十辆五菱神车改成了纯电动,并经过了 2 万千米的持久性实验。

2012 年,一段难忘的经验

那是 2012 年,一定没有博世的 ibooster,以是属于效力较低的 RBS 制动战略。再加之运用的是较柔以及的 NEDC 轮回测试的,以是实践上能够增多 30%续航,理论增多了 8.9%

当初年夜全体电动车都有 ibooster 可接纳 CRBS 制动战略,测试轮回也改成了较为强烈的 CLTC,理论应当能够增多 20%以上的续航。实正在的驾驶状况更增强烈,且有高低坡,以是到达 34%也是有能够的[2]

小结

再生制动仅接纳一全体,重要是由下列三个漏斗致使的:

  • 热力学第二定律(100%→50%): 风阻、摩阻变为了热量,弗成接纳。越柔以及的驾驶,接纳后劲越少。
  • 先后制能源调配及其它工程束缚(50%→30%): CRBS>BRS;四驱>先驱>后驱,但电动车更适宜后驱或者四驱。
  • 能量转换门路的丧失(30%→24%): 优化机电逆变器效力、优化电池充放电效力、优化机器传动效力,可提拔。

由此可见,再生制动效力就像内燃机的热效力,尽管相对于数值没有高,但提拔的空间没有年夜了。

 

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小灰灰

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