动能转换在新能源汽车节能驱动中的应用

近年来，随着世界原油价格的大幅度调增，节能环保问题再次成为人们关注的一个重要话题。目前，汽车已成为我们日常生活以及出行中不可或缺的重要交通出行工具，但目前汽车大多使用传统的油耗材，在燃料消耗过程中会产生大量的废气污染物，不仅耗能量大，还会严重污染环境，这也是目前汽车发展面临的一个非常突出的问题。以往，我们通过提高发动机的发动运行效率、减少阻碍等来解决汽车的能耗问题，现在随着新能源电动汽车的研发和推进，制动能量也被广泛提及，这一方法目前并未被广泛开发使用，但是其涉及到的能量转换在节能汽车的使用以及操作中已经起着非常重要的作用。特别是对于在市区频繁发动、停靠的公共汽车来说，利用转换动能进行液驱混合驱动会发挥着巨大的优势。通过动能量转换再生再利用，可以充分回收车辆制动能量并将回收的动能用于汽车的起动和加速，在行驶过程中可以提高车辆的动力性能，在降低油耗减少污染的前提下，可以延长刹车装置以及发动机的使用寿命。

1 新能源汽车的概念和节能驱动的原则

对于当前主要研发以及市面上主要投入使用的新能源汽车来说，主要使用的都是纯电动汽车，而对于电动汽车来说，主要驱动汽车运行的力是机械力，机械力指其能量主要来源于单一能量的输出，目前驱动汽车的机械力主要来自发动机输出的机械力和电动机输出的机械力两种力。其他形式的机械力还有飞轮、液压等可以驱动汽车前行，但是由于成本以及使用问题，其估计无法被广泛投入市面作为商品来使用。对于新能源电动汽车来说，它的主要功能与普通汽车功能几乎没有区别，但在性能方面，主要是在加速和换挡方面，新能源电动汽车要比普通汽车性能优良许多。

2 汽车驱动过程中涉及到的动能转换

在汽车制动或减速的过程中，汽车的一部分动能会被能量回收系统吸收并储存，并且当汽车开始加速时会将储存的能量一并释放，从而就会形成驱动汽车行驶的动力。一方面，该方法可以将车辆的动能转换成其他形式的能量，然后再循环并再利用转换的能量，这一过程可以实现能量的再利用，达到节省能量的目的，而不是简单将汽车的动能浪费为热能，比如机械摩擦制动的时候从物理层面上看就仅仅只是将汽车的动能转换为热能，而不能把能量转换并利用；另一方面，能量的回收再利用会在一定程度上减小机械摩擦制动器的磨损，并且可以增加汽车摩擦制动器的寿命。

在汽车行驶期间产生的制动能量分为可回收能量和不可回收能量。不可回收的能源主要是汽车消耗的能量。可恢复的能量主要是驱动轴上的制动能量，制动后可以回收。同时，根据能量的不同转换的形式，制动能量回收方法又可分为超级电容储能、飞轮能量存储、电池能量存储和液压能量存储等四种回收方式，而能量密度和功率密度两个指标又是评价储能性能是否良好的重要指标，如果能量密度高，则说明电池能量转换的效率比较高，这四种方式在储能方式和性能上都不同。

飞轮能量存储是将机械能转换成飞轮的动能，转换方式最为直接，转换率也相对较高。电池能量存储是通过发电机装置将车辆动能转换成电能，能量转换率最高可达30％，但由于其组件小，安装方便，体积小，可靠性高，因此在高铁、动车上被广泛使用。

本文主要从物理角度的动能转换来探讨汽车的节能驱动，因此对电池存储不作过多说明。液压节能制动器通过能量转换元件泵/马达将电动车辆操作的动能转换成能量，并将压力能量存储在蓄能器中，但是利用率相对较低，由于蓄能器可长时间储存液压能量，目前广泛使用高能量存储密度和高功率密度。

3 动能在节能驱动技术中的具体应用

3.1 驱动轮上的变量泵/马达

对于新能源电动车辆，无论是扭转还是制动驱动，通过改变驱动轮上的可变泵/马达的排量来控制车辆的驱动扭矩和制动扭矩。当车辆加速或保持恒定速度、行驶阻力在行驶期间增加时，驱动轮上的可变泵/马达作为马达运行。可以消耗能量，此时蓄能器和连接到飞轮的可变泵/马达充当泵，通过加油给系统进行补给；在汽车制动减速或即将停止之前，驱动轮上的可变泵/马达充当泵。系统的油压迅速上升，导致系统的压力转换为飞轮的动能。同时，蓄能器的能量也增加，因此可以在汽车加速时使用。

3.2 与飞轮相连的变量泵/马达

文章来源：《中国医学物理学杂志》 网址: http://www.zgyxwlxzz.cn/qikandaodu/2021/0804/626.html