摘要：能源的利用率是电动汽车节能和环保的关键性指标。增程式电动汽车是当前电动汽车发展方向之一，为提高电动汽车的能量利用率，改善车辆续航能力，大部分电动汽车设有能量回收装置。本文从能量回收方式的角度对当前增程式电动汽车能量回收装置进行梳理和分析。
关键词：电动汽车能量回收装置
0引言
增程式电动汽车是当前电动汽车发展方向之一，其除了动力电池组之外，兼备有发电机组（即：增程器），通过消耗燃油发电来补充车辆行驶所需的电能或对动力电池组进行充电，能在减小发动机功率、外形尺寸及动力电池组容量的前提下，大幅提高车辆的续航里程。能源的利用率是电动汽车节能和环保的关键性指标。为进一步提高电动汽车的能量利用率，改善车辆续航能力，大部分增程式电动汽车设有能量回收装置。目前，增程式电动汽车的能量回收方式主要有废气能量回收、振动能量回收和制动能量回收等。
12-25V可变电压交流发电机
DC/DC转换器
双电层电容器
图1电动汽车能量回收
1废气能量回收
增程式电动汽车兼备的发电机组一般采用1.0L左右的小排量发动机，由于传统发动机热效率偏低，能量利用率有限，导致大量能量没有得到充分利用。相关研究表明，发动机废气携带的能量占燃料燃烧总能量的30% ~40%[1]。废气能量回收是增程式电动汽车实现节能减排的有效手段之一。除废气涡轮增压技术，目前国内外的汽车废气能量回收主要以废气发电为主，基本方法有三种：氟氯透平发电技术、废气余热温差发电技术、废气涡轮发电技术。
氟氯透平发电技术利用氟利昂沸点低的特点，通过氟利昂吸收废气余热后由液态转变成高压蒸汽，以驱动透平机发电[2]。氟氯透平发电技术利用效率高，但其发电系统复杂笨重，汽车上应用较少。
废气余热温差发电技术是利用半导体材料的热电转换特性实现热能与电能之间的转换。目前汽车余热温差发电已有一定的探索[3-5]。温差发电系统没有相对运动部件，无化学反应，发电过程中无磨损噪音、体积小、重量轻。温差发电不仅可以利用发动机废气能量，还能对冷却介质的热量进行回收利用，能进一步提高发动机的整体性能。但目前温差发电系统中热电转换的半导体材料研发难度较大，热电转换效率均在10%左右。开发新型高效热电材料，是温差发电技术迫切需要解决的难题。
废气涡轮发电技术与目前内燃机汽车广泛使用的废气涡轮增压技术一样，都是利用发动机废气的冲击波驱动涡轮叶轮，实现废气能量的有效利用。废气涡轮发电技术的实现方式主要分两类：
一类是将废气能量转换成液压系统的液压能，通过释放液压能发电；一类是将废气能量直接转换成机械能，驱动发电机组发电。前者装置较复杂，后者系统效率相对偏低。张铁柱教授开发了一套利用发动机废气能量驱动涡轮带动发电机发电的装置[6]，但未对其进行全面的研究。
相关研究表明，利用涡轮将废气能量转换成机械能，驱动发电机组发电，可减少对汽车发动机的改动，减少对发动机性能的影响。废气涡轮发电技术是当前增程式电动汽车发动机废气能量回收利用最有效的手段。
电池
温度
传感器
电池
电压
传感器
电池
电流
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电控制
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电机
控制器
SOC
里程表
速度表
TEXT
显示
制动踏板
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控制按钮
点火开关
加速表
速度
传感器
电机温度
传感器
转换器温度
传感器
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车外温度
传感器
EMS
图2能量回收控制系统
2振动能量回收
在汽车行驶过程中，路面的颠簸、车辆的加减速等操作会导致汽车悬架的相对振动。汽车悬架阻尼器以摩擦的形式将相对运动的机械能转换成热能，耗散在大气中，从而衰减车辆振动。阻尼器耗散能量的多少与摩擦因素、路面平整度、车速、车辆质量密度等因素相关。近十几年来，随着微机电系统的快速发展，能量回收领域的研究得到了极大的重视，环境的振动能量是一种理想的能量源，利用能量回收装置可以将机械能转换成电能，实现节能的目的。目前常用的振动能量回收转换技术有电磁式、静电式和压电式三种。
电磁式振动能量回收技术是采用电磁感应原理，利用永磁体、线圈和一个谐振的振动结构把机械能转化成电能。电磁式振动能量回收装置成本低、输出功率较大，但感应电压很小，虽可通过变压器提高感应电压，但受到尺寸等因素的制约。
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静电式振动能量回收技术是利用静电效应回收电能。静电效应是物体内的电荷因受外界电荷的影响而重新分布的现象。目前的微型静电能量转换装置与电容相似，通
浅析增程式电动汽车能量回收技术
冯竞祥（佛山职业技术学院）
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过变容二极体因振动造成的容量变化来获取静电学能量。与电磁式相比，相同的装置尺寸能获得更高的电压输出，但为实现电压约束和电荷约束，此装置需要独立的电源支持。
压电式振动能量回收技术是利用压电材料从周围振动的环境中提取有用的能量，直接转换成电能。当有外力作用时，压电材料会产生电荷，电荷大小与外力成正比。当外力足够大时，其产生的电荷量较大，可用来构造压电能
量回收装置。从形状上看，常用的压电材料有矩形板和圆盘结构。国内外对压电式振动能量回收装置已有较多的探索[7-9]。
压电式振动能量回收技术是近十几年的研究热点，其结构简单，容易整合到系统中，因此被广泛应用。压电材料可按照多种构成形式应用于压电式振动能量回收装置中，而压电式振动能量回收装置又可以通过改变压电材料的属性，改变压电单元的工作模式，利用多层化来增加压电体的有效容积等方法改变压电式振动能量回收装置的构成形式来提高能量回收的效率和性能。因此，压电式是理想的增程式电动汽车振动能量回收方式。但是，无论采用哪种振动能量回收技术，其电能转换效率都不高，只能作为汽车能量回收的辅助技术。
3制动能量回收
研究表明，在城市行驶工况，大约有50%甚至更多的驱动能量在制动过程中损失掉，郊区工况也有至少20％的驱动能量在制动过程中损失掉。因此，制动能量回收是提高汽车能量利用效率的有效措施，对汽车的节能和环保有着不可替代的作用。如果将车辆减速时的动能转化为电能，回收入动力电池，而不是摩擦浪费掉，这无疑相当于增加了蓄电池的容量。
制动能量回收是利用电动汽车在制动时，将驱动电机置于发电状态，车辆部分机械能转换成电能储存在储能器中。制动能量回收是电动汽车开发的关键技术之一。研究表明，若在城区路况，接近甚至超过50%的驱动能量在制动过程中损失，而对于城郊路况，这一比例也超过20%[10]。开发制动能量回收系统需要同时考虑制动的安全性、驾驶舒适性及能量的回收效率等，世界各大汽车厂商及制动系统的主要零部件供应商针对不同的电动汽车开发了各种类型的制动能量回收系统。得益于巨大的制动能量，丰田、福特等将此技术应用于其混合动力车型及部分SUV上均得到了良好的效果，搭载有该技术的车型在燃油经济性和能量利用率上得到了明显的提高。国内关于制动能量回收方面也进行了大量的研究[11-14]。
按照制动力分配方式的不同，制动能量回收系统分为串联式和并联式两种。早期的电动汽车大多采用并联式制动能量回收系统，该方式制动时在驱动轴同时施加机械制动力与电机制动力，在非驱动轴上，采用传统的机械制动。随着技术的发展，在制动效率、制动效能、制动安全等多方面有明显优势的串联式制动能量回收系统逐渐成为主流。串联式制动能量回收系统优先使用电机制动力，通过调节
机械制动力，使制动力之和与需求制动力保持一致。串联式制动能量回收效率高，制动性能好，但系统结构复杂，需对传统机械制动系统进行改造，实施过程较为复杂。
4结束语
综上，在增程式电动汽车能量回收领域，由于制动能量巨大，增程式电动汽车能量回收倾向于以制动能量回收为主、废气能量回收为辅、振动能量回收为补充的能源回收体系。目前，大多数增程式电动汽车只采用制动能量回收这一手段，基于制动能量回收技术，集成废气能量回收和振动能量回收技术，能最大化地实现能源的有效利用。
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能量转换
驱动轮（轴）
suv翼虎输出机械能
输入机械能
发电机
发动机输入电能
输出电能
能量储存
储能器
图3制动能量回收
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