中國儲能網(wǎng)訊：資源回收再利用對我們來說并不是一個陌生的概念。例如垃圾桶分為可回收與不可回收，以便在垃圾處理的時候?qū)⒖苫厥召Y源再利用。在汽車行業(yè)里，對于傳統(tǒng)的燃油車來說，由于卡諾定理的限制，只有20%-30%來自燃油的能量被轉(zhuǎn)換成了汽車的動能，其余的70%-80%的能量全部以熱量的形式散到大氣環(huán)境中去了。對于電動汽車來說，雖然電機(jī)可以實現(xiàn)大于90%的電-機(jī)轉(zhuǎn)化率，但在行駛過程中出現(xiàn)的電池發(fā)熱、制動摩擦、輪胎磨損等能量耗散現(xiàn)象也使得只有不超過70%的儲存在電池里的電能轉(zhuǎn)換為汽車的動能?？茖W(xué)家和工程師們希望能把這些白白散到大氣環(huán)境中的能量作為資源回收再利用，提高能量的利用率。于是，便有了各種能量回收系統(tǒng)（Energy Recovery System）的應(yīng)用。這些能量回收技術(shù)主要分為兩種類型：熱能回收系統(tǒng)（ERS-H）和動能回收系統(tǒng)（ERS-K）。
熱能回收系統(tǒng)（ERS-H）顧名思義是回收熱能的，最初出現(xiàn)在F1賽車上。被回收的熱量來自發(fā)動機(jī)的高溫廢氣，這些廢氣中帶有不完全燃燒的燃料，并具有高溫高壓等特性。熱能回收系統(tǒng)中的核心部件——渦輪增壓器能將廢氣中的一部分熱量和廢氣本身具有流速的動能進(jìn)行回收，轉(zhuǎn)化為發(fā)動機(jī)的有用功，從而達(dá)到提高燃油利用率的目的。
最常見的動能回收系統(tǒng)（ERS-K）是目前電動汽車上使用的制動能量回收，其回收的是剎車的時候所浪費的動能。傳統(tǒng)汽車在需要減速或者制動的時候，踩下剎車后，剎車卡鉗就會抱住剎車盤，通過摩擦的方式將動能轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。在電動汽車與混合動力車上，這種被浪費掉的運動能量可通過制動能量回收技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿Υ嬗谥醒腚姵刂?，隨后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為驅(qū)動能量。當(dāng)踩下剎車時，制動能量回收會調(diào)整勵磁相位使電機(jī)產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩（即反向旋轉(zhuǎn)趨勢）達(dá)到減速的目的。此時電機(jī)是受迫運動，其線圈繞組中會產(chǎn)生反向電動勢，因此電動機(jī)秒變發(fā)電機(jī)向外輸出電能，這些電能回收后將反哺給中央電池，使能量獲得更高效的利用。
目前的熱能回收系統(tǒng)能將燃油的利用率提高10-20個百分點[1]。裝在新能源汽車上的動能回收系統(tǒng)可以回收20%-70%因制動造成的能量耗散[2]。在碳中和與節(jié)能減排的大趨勢下，汽車身上還有沒有能夠被回收利用的能量耗散呢？
答案是有的，這就是在汽車行駛中一直被人們忽略的振動能量。為了在行駛中得到舒適的乘坐體驗，汽車的避震系統(tǒng)需緩沖由不平路面?zhèn)鬟f給車身的震動，同時對汽車的振動頻率和幅值進(jìn)行降低。在此過程中避震系統(tǒng)將振動的動能轉(zhuǎn)化為阻尼器中油液的熱能耗散掉，這部分能量約占汽車驅(qū)動能量的17%-20%[3]。如果將這部分能量回收再利用，能夠進(jìn)一步提高汽車的能量利用率。基于電磁轉(zhuǎn)換、壓電轉(zhuǎn)換、摩擦納米發(fā)電等原理的概念阻尼器在近三年開始出現(xiàn)在人們的視野中。然而這些概念阻尼器都有兩個共同的短板[4]——轉(zhuǎn)換效率低且成本高。
在歐盟“地平線2020”科研創(chuàng)新計劃框架的支持下，來自西班牙、意大利、英國、波蘭、烏克蘭的學(xué)者們在Electro-Intrusion項目[5,6,7]中共同提出了一種類似于熱泵的概念，以阻尼器所承受的機(jī)械緩沖作為誘引，將周圍環(huán)境的熱能轉(zhuǎn)換為電能輸出，這樣即可通過“開源”的方式大大提高能量的輸出/輸入比，甚至能夠達(dá)到輸出電能與輸入機(jī)械能的比例高于100%的水平！同時，此概念下無需對目前成熟的商用阻尼器進(jìn)行結(jié)構(gòu)顛覆性修改，只需要低成本地替換內(nèi)部油液種類和摻雜顆粒即可。
事實上隨著該技術(shù)的商業(yè)化和規(guī)模化繼續(xù)降低成本，不僅僅能夠用于汽車上的能量回收，還能在其他交通工具例如飛機(jī)輪船發(fā)動機(jī)上進(jìn)行能源回收再利用，甚至在人們的生活中例如洗衣機(jī)電鉆等一切存在振動的地方得到廣泛地應(yīng)用，讓我們一起期待吧。
歐盟Electro-Intrusion項目主要成員：
趙維瑋博士，張童童博士，李永亮教授，聶彬劍博士，丁玉龍院士
