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制动能量之外 汽车能量回收可还有得“玩”

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放大字体  缩小字体    发布日期:2017-02-18  
核心提示:在制动能量回收之外,车企和零部件厂商还进行了其它一些有关能量回收的尝试来进一步挖掘其潜能,而正如以上所提到的,它们所要回收的能量可能来自于减振器动能,也可能来自于排气热能。

传统汽车存在严重的能量浪费现象,例如制动时汽车动能的浪费,汽车振动时悬架耗散掉的能量以及发动机随废气带走的热量等,而在当前资源愈加紧缺、节能减排已然刻不容缓的情况下,如果能减少这一现象的发生,对于车企甚至整个行业都是十分有意义的事情。对此,车企采取的措施是将这些能量进行回收再利用,也就是把将要耗散在空气中的热能转变为电能或者其他形式的能量进行存储利用,为车上电器设备供电以及驱动汽车等。

而说到汽车能量回收,相信很多人首先想到的就是制动能量回收。这源于这一方式在现实应用中最为常见,尤其在电动汽车和混合动力汽车的趋势下,由于有了能量管理系统,使得制动能量回收系统基本上成为这两种车型的“必备品”。而事实上,在这一方式之外,车企和零部件厂商还进行了其它一些有关能量回收的尝试来进一步挖掘其潜能,而正如以上所提到的,它们所要回收的能量可能来自于减振器动能,也可能来自于排气热能。

本文主要针对制动能量回收系统以及其它两种主要的汽车能量回收方式进行介绍分享,欢迎关注。

制动能量回收

相关数据显示,在城市工况中,制动消耗的能量占总驱动能量的50 %左右,如若对这部分能量进行回收,将产生十分可观的经济效益和环境效益。

制动能量回收系统的工作原理并不难理解,简单来说,就是当驾驶员释放油门踏板或施加制动,车辆减速,产生了多余的能量,而制动能量回收系统将多余的能量回收,在发电机控制单元的调节和控制下,将发电机的电压升高,给电池系统进行充电,将多余的能量以电能的形式回收储存。

目前,这一技术的应用已很常见。铃木即将于3月份的日内瓦车展上发布的小型概念车铃木G70便搭载了这一系统,另外其还配有启/停系统。这款概念车并未搭载混动系统,而是搭载了一台0.8T的涡轮增压汽油发动机。据了解,得益于这一整套动力系统,结合轻量化车身设计,铃木G70的百公里油耗仅为3.76L,二氧化碳排放量为70g/Km。除了铃木之外,华晨宝马、马自达、奥迪、上汽荣威等也已在相关车型上应用了这一技术。

如此来看,这样一种技术理应投入大规模应用。但现实是,要实现较好的制动能量回收,不仅能量管理系统和发动机控制系统的软件要专门进行开发和改进,还要解决如何保证制动的稳定性,以及如何进行能量的有效存储和利用,提升能量回收效率等问题,而这可能会带来技术和成本上的挑战。为此,不同企业的技术路线有一定差别,实际应用效果也褒贬不一。

悬架能量回收

汽车在道路上行驶时,路面不平会引起汽车的振动。通常情况下这部分振动机械能由汽车悬架减振器以摩擦的形式转化为热能,最终耗散在空气中。随着汽车节能要求的提高,一种既可以改善汽车的行驶平顺性又可以回收振动能量的馈能悬架应运而生。

馈能悬架根据不同结构形式可以分为机械式、电磁式及混合式,以电磁式馈能悬架为例,其采用机/电转换装置(电机)代替传统阻尼器,将车轮和车体之间相对运动化为直线或旋转运动,进而驱动电机进行发电,将车轮或车身的振动能量转换为电能进行存储,用于悬架的主动控制或者为其他电器设备供电。

在实际应用方面,奥迪是较早投入相关产品开发的企业之一。早在2014年就有消息称,奥迪正在开发一款用来回收“悬架能量”的系统。与前面所说的馈能悬架原理一致,在车行驶过程中,减震器会逐渐升温,由此产生的热量一般都会散逸到空气中浪费掉,而奥迪推出的新系统通过发电机将这些能量回收。回收的能量都将储存在电池组中,用来为混动车动力总成中的电机或传统汽车的电力电器元件供电。这项系统可以减轻内燃机的工作负荷,提升燃油经济性,这项系统还可以从电池中抽取能量对悬架进行调控,实现不同的驾驶感受。

根据相关消息,这款悬架能量回收系统已于2015年下半年正式发布,而2016年的相关报道显示,奥迪计划使用一种带机电转换功能的减震器(奥迪称之为eROT)取代传统的悬挂系统,所说的应该就是这一系统。奥迪还称其在德国的路试中平均可以获得100-150瓦的能量。不过据了解,这套eROT系统目前仍旧处于原型机的阶段,会否量产以及何时量产都不确定。

只能说,如果奥迪的这一系统能够得以成功应用,无疑将对整个行业产生有利的影响。

排气热能回收

据了解,汽车传动系统产生的三分之一能量以热能的形式通过排气系统流失。相关研究报告也显示,在对采用朗肯循环的小型车用汽油机排气余热回收系统进行的研究中,通过发动机排气能量分析发现,在主要运行工况内,通过排气带走的能量占所消耗燃料能量的25%-40%,排气温度为500—750℃,具有较高的回收潜力。由此可以看出,实现对这些热能的重新收集并利用,将有望实现不错的节能效果。

韩国现代集团的一款紧凑车型IONIQ上便装载了排气热能回收系统,成为世界首例。据了解,现代新款IONIQ混合动力车和插电式混合动力车上所装载的是由佛吉亚开发的紧凑型排气热能回收系统,根据美国环保署联邦测试程序(FTP20)测试,可节省近3%的燃料消耗。佛吉亚称,这一能量回收系统尤其适用于未来迅猛发展的混合动力车辆。

根据相关资料,在这一系统中,排气热能通过整合在排放管线上的气体/液体交换器进行回收,近3千瓦能量被输送到发动机冷却系统,用来加热发动机和驾驶舱。这样可使混合动力车长期处于电动模式,从而提高燃料的经济性并减少二氧化碳的排放。此外,汽车制造商可以缩小或者舍弃昂贵的电子辅助座舱加热器。一旦达到设定的冷却温度,将激活控制阀,使该系统完成分路,避免发动机过热。

该公司还称,在这一系统中,通过更快速地预热发动机和提高电动模式使用率,将可节省约7%的燃料消耗。如若这一构想成真,对于正苦于应对不断加严的油耗和排放标准的企业们来说无疑是个好消息。

另据了解,现代IonIQ Hybrid近日在美国开始销售,现代IONIQ纯电动版和油电混动版车型也将于今年3月正式以进口形式在国内上市。也就是说,这一系统即将接受市场的初步检验,至于结果如何,我们拭目以待!

 
 
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