制動能量之外 汽車能量回收可還有得“玩”
傳統汽車存在嚴重的能量浪費現象,例如制動時汽車動能的浪費,汽車振動時懸架耗散掉的能量以及發動機隨廢氣帶走的熱量等,而在當前資源愈加緊缺、節能減排已然刻不容緩的情況下,如果能減少這一現象的發生,對于車企甚至整個行業都是十分有意義的事情。對此,車企采取的措施是將這些能量進行回收再利用,也就是把將要耗散在空氣中的熱能轉變為電能或者其他形式的能量進行存儲利用,為車上電器設備供電以及驅動汽車等。
而說到汽車能量回收,相信很多人首先想到的就是制動能量回收。這源于這一方式在現實應用中最為常見,尤其在電動汽車和混合動力汽車的趨勢下,由于有了能量管理系統,使得制動能量回收系統基本上成為這兩種車型的“必備品”。而事實上,在這一方式之外,車企和零部件廠商還進行了其它一些有關能量回收的嘗試來進一步挖掘其潛能,而正如以上所提到的,它們所要回收的能量可能來自于減振器動能,也可能來自于排氣熱能。
本文主要針對制動能量回收系統以及其它兩種主要的汽車能量回收方式進行介紹分享,歡迎關注。
制動能量回收
相關數據顯示,在城市工況中,制動消耗的能量占總驅動能量的50 %左右,如若對這部分能量進行回收,將產生十分可觀的經濟效益和環境效益。

制動能量回收系統的工作原理并不難理解,簡單來說,就是當駕駛員釋放油門踏板或施加制動,車輛減速,產生了多余的能量,而制動能量回收系統將多余的能量回收,在發電機控制單元的調節和控制下,將發電機的電壓升高,給電池系統進行充電,將多余的能量以電能的形式回收儲存。
目前,這一技術的應用已很常見。鈴木即將于3月份的日內瓦車展上發布的小型概念車鈴木G70便搭載了這一系統,另外其還配有啟/停系統。這款概念車并未搭載混動系統,而是搭載了一臺0.8T的渦輪增壓汽油發動機。據了解,得益于這一整套動力系統,結合輕量化車身設計,鈴木G70的百公里油耗僅為3.76L,二氧化碳排放量為70g/Km。除了鈴木之外,華晨寶馬、馬自達、奧迪、上汽榮威等也已在相關車型上應用了這一技術。

如此來看,這樣一種技術理應投入大規模應用。但現實是,要實現較好的制動能量回收,不僅能量管理系統和發動機控制系統的軟件要專門進行開發和改進,還要解決如何保證制動的穩定性,以及如何進行能量的有效存儲和利用,提升能量回收效率等問題,而這可能會帶來技術和成本上的挑戰。為此,不同企業的技術路線有一定差別,實際應用效果也褒貶不一。
懸架能量回收
汽車在道路上行駛時,路面不平會引起汽車的振動。通常情況下這部分振動機械能由汽車懸架減振器以摩擦的形式轉化為熱能,最終耗散在空氣中。隨著汽車節能要求的提高,一種既可以改善汽車的行駛平順性又可以回收振動能量的饋能懸架應運而生。
饋能懸架根據不同結構形式可以分為機械式、電磁式及混合式,以電磁式饋能懸架為例,其采用機/電轉換裝置(電機)代替傳統阻尼器,將車輪和車體之間相對運動化為直線或旋轉運動,進而驅動電機進行發電,將車輪或車身的振動能量轉換為電能進行存儲,用于懸架的主動控制或者為其他電器設備供電。

在實際應用方面,奧迪是較早投入相關產品開發的企業之一。早在2014年就有消息稱,奧迪正在開發一款用來回收“懸架能量”的系統。與前面所說的饋能懸架原理一致,在車行駛過程中,減震器會逐漸升溫,由此產生的熱量一般都會散逸到空氣中浪費掉,而奧迪推出的新系統通過發電機將這些能量回收。回收的能量都將儲存在電池組中,用來為混動車動力總成中的電機或傳統汽車的電力電器元件供電。這項系統可以減輕內燃機的工作負荷,提升燃油經濟性,這項系統還可以從電池中抽取能量對懸架進行調控,實現不同的駕駛感受。

根據相關消息,這款懸架能量回收系統已于2015年下半年正式發布,而2016年的相關報道顯示,奧迪計劃使用一種帶機電轉換功能的減震器(奧迪稱之為eROT)取代傳統的懸掛系統,所說的應該就是這一系統。奧迪還稱其在德國的路試中平均可以獲得100-150瓦的能量。不過據了解,這套eROT系統目前仍舊處于原型機的階段,會否量產以及何時量產都不確定。
只能說,如果奧迪的這一系統能夠得以成功應用,無疑將對整個行業產生有利的影響。
排氣熱能回收
據了解,汽車傳動系統產生的三分之一能量以熱能的形式通過排氣系統流失。相關研究報告也顯示,在對采用朗肯循環的小型車用汽油機排氣余熱回收系統進行的研究中,通過發動機排氣能量分析發現,在主要運行工況內,通過排氣帶走的能量占所消耗燃料能量的25%-40%,排氣溫度為500—750℃,具有較高的回收潛力。由此可以看出,實現對這些熱能的重新收集并利用,將有望實現不錯的節能效果。
韓國現代集團的一款緊湊車型IONIQ上便裝載了排氣熱能回收系統,成為世界首例。據了解,現代新款IONIQ混合動力車和插電式混合動力車上所裝載的是由佛吉亞開發的緊湊型排氣熱能回收系統,根據美國環保署聯邦測試程序(FTP20)測試,可節省近3%的燃料消耗。佛吉亞稱,這一能量回收系統尤其適用于未來迅猛發展的混合動力車輛。

根據相關資料,在這一系統中,排氣熱能通過整合在排放管線上的氣體/液體交換器進行回收,近3千瓦能量被輸送到發動機冷卻系統,用來加熱發動機和駕駛艙。這樣可使混合動力車長期處于電動模式,從而提高燃料的經濟性并減少二氧化碳的排放。此外,汽車制造商可以縮小或者舍棄昂貴的電子輔助座艙加熱器。一旦達到設定的冷卻溫度,將激活控制閥,使該系統完成分路,避免發動機過熱。

該公司還稱,在這一系統中,通過更快速地預熱發動機和提高電動模式使用率,將可節省約7%的燃料消耗。如若這一構想成真,對于正苦于應對不斷加嚴的油耗和排放標準的企業們來說無疑是個好消息。
另據了解,現代IONIQ Hybrid近日在美國開始銷售,現代IONIQ純電動版和油電混動版車型也將于今年3月正式以進口形式在國內上市。也就是說,這一系統即將接受市場的初步檢驗,至于結果如何,我們拭目以待!
蓋世小結:其實,在汽車上還有不少諸如剎車、懸架、排氣之類的可以回收能量的地方,而企業所要做的就是:去發現,去研究,去檢驗,也只有如此,在不斷加嚴的排放和油耗標準面前才能更有底氣,更有發展潛力。在此,期待未來會有更多的適應市場的新技術出現!


























