制动能量回收效率的影响因素分析

王颖，雷林

制动能量回收效率的影响因素分析

王颖，雷林

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

制动能量回收技术能有效提升电动汽车的续驶里程。如何更好的设计和利用制动能量回收技术，文章结合试验数据分析了使用环境、驾驶员操作和车辆本身等几个因素对能量回收效率的影响。适合的环境温度和驾驶工况，良好的驾驶习惯，合理的设计匹配等有利于提升制动能量回收效率。

电动汽车；能量回收；影响因素；效率

前言

近几年，由于国家相关鼓励政策的强力推动，中国电动汽车产业得到了快速发展，据汽车协会的调查数据，国内2012年的电动汽车年销量为1.1万辆，至2018年年销量增长为98.4万辆。电动汽车快速发展的同时，也遇到了一些问题。根据中国汽车技术研究中心有限公司2018年做的电动汽车消费者满意度调查[1]，中国消费者对电动车最不满意的是续驶里程。研究表明，在拥堵的城市工况，采用制动能量回收，可使电动汽车的续驶里程提升10%～30%，且花费的成本较小。目前在售的电动汽车都配备了制动能量回收系统。能量回收系统的效率决定了系统对续驶里程提升的贡献大小。影响制动能量回收效率的因素较多，使用环境，驾驶员操作和车辆本身等都会对制动能量回收有影响。

1 使用环境的影响

1.1 环境温度的影响

纯电动汽车目前基本使用的都是锂电池，锂电池的适宜工作温度与人的体感接近，40℃以上会“感觉热”，0℃以下会“怕冷”，因此现在的纯电动汽车大部分都配有热管理系统，电池温度低时给电池加热，温度高时给电池冷却。动力电池在高温或低温时，可充放电功率会明显下降，尤其是充电能力，一辆电动汽车可以在低温下行驶，但不一定能充电。纯电动汽车在冬季续驶里程下降明显，除了因为能耗变高、电池放电量减少外，能量回收效率变低也是一个重要原因。因此，电动汽车更适合在南方使用。

图1是某锂电池包分别在25℃、10℃和0℃时60%～95%电量的10s可充电功率，该功率只考虑充电时的电压不过压。若考虑充电安全和寿命等因素，可充电功率还会大大降低，尤其是0℃时的充电功率。

图1 某锂电池包不同温度和电量下充电功率

1.2 行驶路况的影响

制动能量回收是利用车辆减速时的动能回收能量，因此只有减速工况比较多时回收的能量才多。上坡时，车辆坡道阻力大，可回收的能量少，反之，下坡可以回收大量能量。在高速公路上，驾驶员的脚很少离开加速踏板，因此回收的能量也很少，有没有能量回收对车辆的经济性影响不大。在市区行驶，需要频繁的减速，可以回收大量的能量，能量回收对经济性贡献很大。对比电动汽车和燃油车的能耗可以发现，电动汽车NEDC工况下的能耗低，匀速高速行驶的能耗很高，燃油车则相反，NEDC工况油耗高，高速油耗反而低。因此，电动汽车更适合市区使用。

表1是某同平台燃油车与电动车能耗对比，由于能量回收的作用，电动汽车NEDC工况的能耗明显低于高速工况。

表1 燃油车与电动车能耗对比

2 驾驶员操作的影响

同一款车，不同的人驾驶，能耗差别可能很大。同样，驾驶员的操作也会影响制动能量回收。对于并联式能量回收系统电动车，制动踏板踩得越深，摩擦制动消耗的能量越多，可回收的能量占比就越小。因此对于并联式能量回收电动车，滑行减速或轻踩刹车才能回收更多的能量。对于串联式能量回收系统电动车，因为再生制动力和摩擦制动力分配是可调的，驾驶员的操作对能量回收的影响相对较小，更重要的是控制策略决定。因此，对于并联式能量回收的电动车，更需要引导用户养成良好的驾驶习惯。

图2是某并联式电动车能量回收效率曲线，滑行工况时，能量回收效率可达50%以上，而重度刹车工况回收效率不足10%。

图2 某并联式电动车能量回收效率曲线

3 车辆的影响

3.1 能量回收系统方案的影响

能量回收系统方案直接决定了车辆能量回收的性能，是最核心的影响因素。并联式能量回收系统因为成本低，国内目前还有一定的市场，但其回收效率低，随着技术的进步将被逐步淘汰。串联式能量回收系统因为结构和控制策略的差异，能量回收性能也各不同。典型的有理想制动力分配控制策略和最优制动能量回收控制策略。最优制动能量回收控制策略的核心思路就是再生制动力满足驾驶员制动需求时，液压制动器不参与制动，再生制动力不满足驾驶员制动需求时，再生制动力最大能力输出，不足部分由摩擦制动力补充。这就可以实现能量回收最大化，能量回收效率最高[2]。并联式与串联式能量回收系统优缺点对比如表2。

表2 并联式与串联式优缺点对比

3.2 储能装置的影响

图3 动力电池不同温度充放电效率

储能装置的可充电功率决定了再生制动的能力上限。目前电动汽车最主流的储能装置采用的是锂电池，电池的温度过高或过低都会影响可充电功率，电池电量越高，可充电功率越小。当前动力电池技术可以满足市区低速紧急制动或高速行驶一般强度制动的再生制动功率。因此，目前采用最多就是电池单一储能装置。但对于一些电动货车和公交车，其再生制动功率较大，超过了电池的可充电功率，因此也有采用电池和超级电容组合的储能装置，利用超级电容可充放电功率大的特点，可满足大功率再生制动需求。其次，再生制动的电能经过电池储存后并不能百分之百的再输出。再生制动产生的电能充入电池，转化为化学能储存，需要时再转化为电能输出，电能到化学能再到电能的效率，目前的电池技术能力，在常温下效率大概在90%～95%，如图3所示。

3.3 其它因素影响

车辆在能量回收过程中，依靠电机把动能转化为电能，因此电机的峰值功率决定了再生制动的功率上限，而电机的效率更是直接影响能量回收效率。因此车辆在进行电机匹配时，不光要考虑动力性需要，还要考虑与能量回收系统的匹配。

平路滑行工况，可回收能量为车辆动能减去车辆自身阻力损耗的能量，因此减小车辆的滑行阻力和增大滑行时的发电扭矩都有利于提升能量回收效率。

4 结论

（1）适宜的环境温度有利于制动能量回收，电动汽车更适合在南方地区使用；拥堵路况有利于制动能量回收，相比燃油车，电动汽车更适合在市区使用。

（2）良好的驾驶习惯不仅能降低能耗，而且能回收更多的能量。

（3）优秀的制动能量回收系统方案，合理的电机及储能装置匹配等能提升制动能量回收效率。

[1] 顾洪建,贺畅,魏冰.2018年中国新能源汽车消费者满意度研究分析[J].汽车工业研究,2019（1）:34-40.

[2] Nakamura E, Soga M, Sakai A, et al. Development of Electronically Controlled Brake System for Hybrid Vehicle[C]// SAE 2002 World Congress & Exhibition. 2002: 454-458.

Analysis of the influence factors of braking energy recovery efficiency

Wang Ying, Lei Lin

( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Braking energy recovery technology can effectively improve the mileage of electric vehicles. How to better design and use braking energy recovery technology, this paper analyzes the effects of several factors, such as operating environment, driver operation and vehicle itself, on the efficiency of energy recovery based on the test data. Suitable ambient temperature and driving conditions, good driving habits, reasonable design matching and so on are conducive to improving braking energy recovery efficiency.

Electric vehicle;Energy recovery; Influencing factors:Efficiency

U461

A

1671-7988(2019)18-174-03

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王颖（1984-），试制试验主任工程师，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司，研究方向：整车试制试验。雷林（1981-），性能试验主任工程师，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司，研究方向：整车性能试验。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.058