浅析新能源汽车循环外技术

石砚书

中国汽车工程研究院  重庆市  400000

摘要：近些年来，随着国民经济持续快速发展和城镇化进程不断推进，我国汽车行业发展迅速，并且预计在今后较长—段时期汽车需求量仍将保持增长势头，同时由此带来的能源紧张和环境污染问题也愈加突出，进口石油数量逐年增加，中国对进口石油依存度连年提高。为了持续推动汽车行业可持续发展、促进低能耗、低排放。企业必须增加循环外技术的研发力度，来降低燃料消耗，推动该技术的普及。

关键词：新能源；汽车；循环外技术

导言：

循环外技术（简称OCT)—在实际使用中具有明显节能效果，但在现有试验方法中无法（完全）测量的技术。包括四部分，第一部分：换挡提醒装置（未发布）。可以使车辆处在最佳经济油耗区域并且有利于保护发动机和变速器。第二部分:怠速启停系统。怠速启停俗称STT,工作原理是当车辆遇到红灯或堵车短暂停止时，发动机将自动熄火，当驾驶员重新踏下离合器、油门踏板或松抬刹车的瞬间，发动机重新快速启动，以节省怠速阶段油耗。第三部分：高效空调。就是具备更高运行效率、且能够显著节省整车能耗的车载空调。这是由于空调运行需要发动机提供大量能量，且车辆使用空调的频率较高。第四部分：制动能量回收系统。当车辆减速、制动时，车辆的运动能量已可通过制动能量回收技术转变为电能并储存于蓄电池中，并进一步转化为驱动能量。

1、循环技术简介

传统汽车（包括混合动力在内）燃油燃烧释放的能量，并非100%用于车轮驱动的有效做功，而是会通过机械能、热能、排气损失等消耗部分能量。

基于某家用A级轿车的整车能量流来看，包含制冷/热在内的热损耗40%左右，制动能量损失在8%左右，怠速损耗在6%左右。所以，结合前文对四项循坏外技术的性能描述，可以判断循环外技术具有直接的节能效果是毫无疑问的。

第一部分：换挡提醒装置：国内江淮汽车技术中心曾经基于某款手动挡车型进行过换挡提示的节油效果对比。试验结果表明，换挡提示在NEDC、FTP75、EC65及市面道路四种情况下均能取得一定的节油效果，节油率最高能达到4.8%

第二部分：怠速启停系统。怠速启停系统是现代汽车节能减排的一项关键性技术，其能够在车辆怠速时，控制发动机停止，在驾驶员有启动车辆意图时，发动机自动启动。其工作原理是在非怠速启动的基础上，通过对发动机控制系统进行一定的升级即可实现怠速启停功能。

在发动机控制系统的基础上，对ECU、交流发电机、组合仪表等部件进行功能升级，对启动机、蓄电池、启动机继电器等进行性能强化，同时增加蓄电池电流传感器、离合器踏板开关、空挡开关、制动真空传感器、怠速启停开关等构建一套怠速启停系统。

基于NEDC等工况下，怠速启停的节能效果在2-2.5%之间。而BELLFAR汽车实验室的数据也表明，标准1.6升轿车怠速平均油耗约为42ml/min,怠速3分钟的油耗就可以让汽车行驶1公里左右。

第三部分：高效空调：Denso将其与传统PTC空调进行了对比测试，结果表明节电效果极为明显，单位制热量即可节省2kW，按《电动汽车与插电式混合动力汽车能耗折算方法》中的简单折算公式，能取得0.23L/100km的油耗节省，节油率换算过来为3%左右。

第四部分：制动能量回收：该系统受车辆类型、回收率、工况的影响太大，难以有精确的固定值。

2、循环技术简介与制动能量回收

1)工作原理&组成:

汽车在制动过程中，汽车的动能通过摩擦转化为热量消耗掉，大量的能量被浪费掉。据有关数据研究表明，在几种典型城市工况下，汽车制动时由摩擦制动消耗的能量占汽车总驱动能量的50%左右。这对于改善汽车的能量利用效率、延长电动汽车的行驶里程具有重大意义。国外有关研究表明，在较频繁制动与起动的城市工况运行条件下，有效地回收制动能量，电动汽车大约可降低15%的能量消耗，可使电动汽车的行驶距离延长10%〜30%。

电动汽车再生制动的基本原理是：通过具有可逆作用的电动机/发电机来实现电动汽车动能和电能的转化。在汽车减速或制动时，可逆电机以发电机形式工作，汽车行驶的动能带动发电机将汽车动能转化为电能并储存在储能器（蓄电池或超级电容）中；汽车起步或加速时，可逆电机以电动机形式工作将储存在储能器中的电能转化为机械能给汽车。

2)制动能量回收

燃油车制动能量回收系统在F1赛车上得到了较早应用。比赛中赛车车速高且加减速频繁，在制动过程中巨大的动能转变成热能而白白浪费，这部分能量能够占到总驱动能量的40-50%。

为了利用这部分能量，同时减小机械制动系统的热负荷，F1引入了制动能量回收系统。制动能量回收既能提高动力源效率，又能减少制动系统的负担，普及推广势在必行。

随着在赛场上的推行试验，以及技术的不断成熟，制动能量回收系统加快了在乘用车领域应用的步伐。

对于常规车辆，在摩擦制动时，大部分的动能转换为热能，然后挥发到环境中，制动能量回收系统回收车辆滑行中释放出的多余能量，在发电机控制单元的调节和控制下，将发电机的电压升高，给电池系统充电，将多余的能量以电能的形式回收储存在蓄电池中。除此之外，马自达i-ELOOP,不过与常见的能量回收系统多采用电池存储电量不同，马自达i-ELOOP采用了电容作为存储单元。

3、现状及发展趋势

2019年我国国内原油产量1.91亿吨，同比增长1.2%,原油进口量5.06亿吨，增长9.5%，对外依存度达到历史新高的70.8%。

加快培育和发展节能汽车与新能源汽车，控制并不断降低车型燃料消耗量是有效缓解能源和环境压力的重要手段，是推动汽车产业可持续发展的紧迫任务，也是加快汽车产业转型升级、培育新的经济增长点和国际竞争优势的战略举措。

从国家层面，制定面向2025年的燃料消耗量法规是国家贯彻落实产业政策的重要措施,是持续推动汽车行业可持续发展、提升国际竞争力的重要战略举措。从企业角度，从节能技术的研发、测试、新产品的规划、设计、新技术导入到产品实现量产需要较长周期，节能标准法规的尽早提出使企业有充分时间进行产品布局，促进低能耗、低排放的汽车产品开发和生产。

2016年7月修订的《中华人民共和国节约能源法》第四十五条明确规定“国家鼓励开发、生产、使用节能环保型汽车、摩托车、铁路机车车辆、船舶和其他交通运输工具…”。在工信部、国家发展改革委及科技部三部委联合发布的《汽车产业中长期发展规划》中也对2020年之后我国的汽车节能与新能源的发展目标提出了明确要求：到2020年，新车平均燃料消耗量乘用车降到5.0升/百公里、节能型汽车燃料消耗量降到4.5升/百公里以下，到2025年，新车平均燃料消耗量乘用车降到4.0升/百公里。绿色发展水平大幅提高。到2020年，新能源汽车年产销达到200万辆，到2025年，新能源汽车占汽车产销20%以上。

4、结束语

总的来说，经济建设进程的快速推进，中国汽车工业得到了迅猛的发展，来自能源安全与环境污染的压力，对中国汽车工业的发展提出了新的挑战。新能源汽车作为中国战略性新兴产业之一，产业规模和技术水平发展迅速,具有节能环保的特点,在新能源汽车的发展过程中，汽车循环外技术使用情况关系到环境保护问题。因此,对于技术人员来说，需要做好这方面的研究工作，结合先进的技术，做好智能化控制，进一步促进新能源汽车整体的行业发展。

参考文献：

[1]覃峰,黄国强. 乘用车的高效空调技术及其效果评估[J]. 制冷与空调,2018,18(05):62-68.

[2]王悦. 中国燃料消耗量法规与新能源汽车积分的政策组合研究[D].清华大学,2017.

[3]冯康. 基于Atkinson循环的车用汽油机节油潜力研究[D].湖南大学,2012.