想象一下,当你在德国不限速高速公路畅通无阻行驶的时候,车速达到 200 km/h,直到你遇到一台正在超越卡车的小货车。那没问题,这时候,保持足够的安全距离,减速到 100 km/h,就在这一眨眼的功夫,消耗了相当多的能量!这是因为在装有内燃机的车辆中,动能会在刹车时转化为热能,而这些热能将无法得到利用。电动汽车则可以回收大部分能量,在减速时将电动机会成为发电机,将产生的电力供给电池。

比如在保时捷 Taycan 上,相当一部分的制动能量都会被用于汽车行驶。这就是所谓的“能量回收”(Rekuperation)。这个词源于拉丁文的“recuperare”,意为“恢复”。在技术领域,这个词已被用来形容能量的回收。制动能量回收会伴随着速度的增长而成倍提升,两倍的速度就意味着四倍的回收能量。Taycan 在以 100 km/h 的速度刹车时,所回收的能量是以 50 km/h 的速度刹车所消耗能量的四倍。这种能量回收与汽车驱动的结合,是电动汽车效率的决定性因素。

Taycan 是如何做到这一点的?

“为了实现能量回收,我们将在祖文豪森生产的电动机整合到制动系统当中。”魏斯阿赫保时捷研发中心的底盘主管英戈·阿尔伯斯(Ingo Albers)向我们解释其基本原理,“电动机一般可以进行所谓的四象限运行。”也就是说,电动机可以进行一般意义上的运作。在这种情况下,转速和扭矩在同一正方向上运行。不过,每一个电动机也可以作为发电机使用。这时,电动机继续沿相同的方向旋转,但会由车轮驱动,而不是反过来驱动车轮。在这种情况下,它不消耗电能,而是产生电能。而且,由于驱动电机需要大量能量以便使转子在磁阻力下转动,这种所谓的负扭矩可以用来使车辆减速。

速度与能效兼备:
速度与能效兼备: Taycan 已将前后桥上的两个电动机与制动系统实现整合。

因此,在 Taycan 中,我们对电动机的控制单元和电力电子装置与制动控制系统的控制与运转方式进行了智能连接。这使得传统的液压车轮制动器和电动机能够结合起来实现减速。魏斯阿赫的专家们研发出复杂的能量回收策略。在几毫秒内,电子装置将决定哪些部件采用电制动或液压制动。驾驶者感觉不到任何差异,只会在仪表盘的功率表上了解到相关信息。

在日常驾驶中,Taycan 会在约 90% 的制动情况里,完全以电动的方式来实现减速,并在此过程中收集能量。阿尔伯斯表示:“但在极端情况下,例如要实现满载且最高速行驶的 Taycan 的制动。这时就必须应用超过两兆瓦的最大制动功率。仅靠电力驱动系统是无法实现这一目标的。这时,传统制动器就会更多发挥作用。”还有一种可能的情况,便是电池已经充满,因此不允许再通过能量回收进行充电。为了应对各种情况(其中包括比如在满电的情况下下坡行驶),保时捷依旧将液压制动器设计得十分强大。通过将电动机和电子装置的独特设计与保时捷典型的智能控制系统相结合,Taycan 可以回收高达 290 千瓦的能量。“这绝对是一个非常顶级的能量回收效率。”阿尔伯斯说道,“但我们将继续提升这一效率。”

能量回收的协调:
能量回收的协调:保时捷稳定管理系统(PSM)结合机电制动助力器,确保 Taycan 的制动踏板上始终有一致的压力点。

一些汽车制造商会将汽车设计成在司机脚部松开油门踏板的一瞬间,自动激活电力驱动的能量回收,业内称之为“单踏板驾驶”(One-Pedal-Driving)。“Taycan 中绝不会出现这种模式。”阿尔伯斯说道,“踩下制动踏板进行减速对于驾车人来说是早已习以为常的事情。由此,我们所引入的能量回收模式便可以在此基础上,提供与以往经验一致、且可预见的反馈。此外,我们还可以实现 ABS 和 PSM 等系统的全面整合。”从技术上来讲,将电动机的制动力放到加速踏板上,而不是将其整合到制动系统中,会容易得多。“但我们只会把少量的能量回收放到加速踏板上。驾驶员会感受到,这是一种有效、轻松的驾驶体验,尤其是当他在城市以外的地区行驶的时候。”英戈·阿尔伯斯解释道。

综述

保时捷仍然是保时捷,始终在不断重塑自我。祖文豪森的第一辆纯电动跑车也走上了自己独特的道路,并始终以最高效率为目标。通过巧妙的系统设计,Taycan 有三分之一的续航能力来自于制动能量的回收。

信息

本文初刊于保时捷客户杂志《Christophorus》第 403 期。

作者:Heike Hientzsch

图源:Rafael Krötz、保时捷

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