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浅析电动汽车制动能量回收

汽车 2025-01-02 20:30 湖南

全文约：2600字预计阅读时间：9分钟

说起新能源车的驾驶感受，“制动能量回收”不免被热议。相信80%朋友，都知道动能回收到了电池包中。但是：

制动能量回收功能，对电动车续航有多大帮助？

真的有用吗？

数据统计显示，在真实情况下

制动能量回收的功能，可以返还高达34%的电池能量。

如果你对结论感兴趣，不妨一起深入了解下“制动能量回收”。

根据能量守恒定律，车辆行驶中的能量变化如图。电动车与传统车的区别在于其减速时，动能多了一个转变方向，可转换为电池电能再次回收利用。这也就是我们熟知的能量回收。

但是，动能如何转变为电能？很多人认为是电机通过“反转”来发电，这么理解有一点问题。

能量回收原理

电机中，转子和车轮通过齿轮相连。车辆减速时，车依然在往前走，方向没变，电机转动的方向自然也没有改变。

以新能源车常用的永磁同步电机为例，电机中有两个磁场：

转子磁场：转子中自带永磁体，形成稳定磁场，并随转子的转动而转动。

定子磁场：定子中的绕组可理解为导线，导线中通过电流，其周围的空间将产生感应磁场。导线中通入交流电，其周围空间产生旋转的感应磁场。

电机工作时，这一对CP——小定（电机定子产生的旋转感应磁场）和小转（转子的永磁体磁场）就像两位手牵手、齐步走的小朋友。

——小定在前，小转在后，小定拉着小转走，就是电机驱动状态；

——小定突然闹脾气不走了，而且往后拽由于惯性而继续前行的小转，两个人越走越慢，最后停了下来，也就是电机能量回收。

可以发现小转一直在往前走，只是前面被小定“驱动”，后面被小定“制动”。而小定拖拽小转的力，乘以电机半径就是扭矩，大小也就是能量回收强度。

但这里存在一个问题——我们开车时，有时需要急刹，有时需要滑行，不同工况下的减速需求不一样，不能任由“小定”发脾气，所以能量回收的减速度是需要控制的。

那能量回收强度设置成多大合适？

能量回收强度可通过减速度体现。当能量回收减速度达不到日常驾驶所需时，就不得不引入摩擦制动来补偿，能量也就以热能形式损失了。

能量回收过大，松开油门车立刻急刹，也不是用户想要的驾驶感受。从工程师以往严谨的作风来判断，是时候拿出点“数据”了。

大数据统计显示，在典型道路驾驶工况中，一半以上的减速度需求小于0.05g，因此汽油车通常的滑行减速度就是这个值。

减速度0.15g，覆盖了95%的减速需求，再往上0.05g，只对应了3%的工况，却会导致乘坐人员的不适感，意义不大。因此大部分车辆的单踏板模式的最大减速度，被设定在了0.15g。

因此带来的能量回收效果也是你意想不到的。为了让朋友们有直观认识，我们还是看两个实例。

归根到底，究竟能回收多少能量？

真实车主的统计情况

按照国家要求，新能源汽车需要将去除用户隐私后的运行信息储存在系统中。我们联系了一辆上海市纯电动出租车，并随机挑选一天的运行数据。

根据这位师傅的实际运行数据，我们脑补出了《电动出租车司机的十二时辰》……

2019年7月1日，中雨转小雨，气温22-27℃。王师傅隔夜用家里的慢充桩充满了电，早上6点03分就出门开始了一天的运营。

中午12点的时候他休息了40分钟，吃饭的同时顺便用快充补了一些电。

下午继续运营，到晚上7点多的时候就回家休息了。一整天一共行驶了285km，共消耗电量37.6度，平均能耗13.2kWh/100km。去除休息时间，一共运营了12个小时，平均车速23.8km/h。

初中物理老师告诉我们，功率乘以时间，得到做功的多少，就是能量。这些数据中，包含了电池SOC（剩余能量），实时的电压和电流。通过电压与电流的实时乘积，可以获得车辆实时的功率。信号的精度是每秒1帧，可以基本实现积分的精度。

功率曲线与横坐标围出来的面积，就是能量。通过对功率在时间上进行积分（就是曲线与横轴围出图形的面积），可以算出这段时间里车辆消耗，和回收的能量。

对王师傅爱车进行一通分析后发现：减速时回收的能量是非常可观的，泼出去的水，又回来了一部分。

这台车的电池包当天一共输出了57.2度电，但是只有37.6度是原本电池包存储的，剩下的19.6度电，都是能量回收系统带来的，回收了34%的电量。

由于信号质量的问题，根据经验计算结果可能有10%左右的误差。就是说结论是35.5%，有可能是37%，有可能是32%。

这里要说明，实际情况中，会有很多因素对能量回收的效率造成影响。

首先，这台纯电动出租车，装备了智能的制动能量分配装置博世i-Booster。一般在0.3g以下的制动，都会交由电机，而不是机械刹车卡钳来进行制动，以减少能量的损失。

能量回收的比例和效率会略高于没有装备这套系统的车辆，要高3%左右。

其次，NEDC或其他标准工况是默认在平地上行驶的，实际上道路坡度对于能量的回收是有影响的。空调和附件消耗的能量无法回收，如果气温高过35℃，空调等附件消耗的能量达到整车能耗的25%-30%也是很正常的，而当天的气温也非常宜人，导致“34%”这个计算值非常理想。

最后，有点违背“常识”——驾驶越激烈，能量回收的会更多一些。那么，这些能量会对续航产生多大影响？

对比实验测试

我们又找了一台相同车型的纯电动汽车，在下班拥堵的公路上，对比测试了两种情况——

1、去除智能的制动能量分配功能，并将制动能量回收强度的上限设到0.05g（不是完全没有，只是设了一个上限）。

2、正常开启智能制动能量分配功能。

结果，随着能量回收强度上限的加大，以及i-Booster的智能接入，能耗就降低了约10%。如果完全去除能量回收功能，这个值毫无疑问会更大。

总结一下

1，电机的驱动和能量回收，是由定子磁场对转子磁场的驱动和拖拽产生的。通过电机控制器调节定子绕组电流，就可以改变定子磁场强度，改变定子与转子间相互作用力即电机扭矩，包括正扭矩和负扭矩。

2，对同一款纯电动车型，合理的制动和能量回收策略，可有效提升续驶里程。配合智能制动能量分配，实测数据显示，在较为理想的情况下，相比没有制动能量回收功能，能回收高达34%的能量。

看到这里，可能还有朋友想，虽然能量回收延长了续航里程，但是回收强度太大，开着不习惯啊。

车评人在讲能量回收时，也习惯说“拖拽感很强”“力度太猛，容易晕车”。

很多人会默认是“能量回收强度太大”惹的祸，觉得这个功能很鸡肋。

但“能量回收”真的不是这么简单，因为还要看能量回收策略做的如何。

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