Что такое рекуперативное торможение | MBH News
С момента выхода в свет Toyota Prius стукнуло уже за 20 лет, и с тех пор концепция рекуперативного(регенеративного) торможения стала достаточно известной, как метод повышения дальности пробега в гибридных и электрических транспортных средствах. Но знаете ли вы, что применение не ограничивается EV автомобилями? В наши дни вы можете найти ее во всем, в том числе велосипедах, скейтбордах и самокатах.
(демонстрация системы рекуперации энергии в bmw)
Давайте же разберемся, как работает эта технология, насколько она продуктивна в различных средствах передвижения и разумно ли везде ее устанавливать.
Что такое рекуперативное торможение
Движущиеся объекты обладают кинетической энергией, а когда применяется тормоз для замедления, всей этой мощи необходимо куда-то идти.
Вернемся немного в прошлое, давние времена эры неандертальцев или просто машин с ДВС.
Но мы все же эволюционировали и нашли пути получше. Регенеративное торможение использует мотор электромобиля в качестве генератора для преобразования основной доли кинетической энергии, теряемой при замедлении, назад в батарею. В следующий раз, когда машина ускоряется, она расходует часть энергии, ранее сохраненную от рекуперативного торможения.
(Регенеративная система bmw i3)
Важно понять, что регенеративное торможение не является магическим увеличителем диапазона пробега электромобилей. Оно не делает машины более эффективными как таковые, а просто делает их менее неэффективными. В принципе, самым лучшим вариантом езды будет разгон до постоянной скорости, а затем никогда не касаться педали тормоза. Поскольку чтобы замедлиться, а потом снова вернуться к прежней скорости, потребуются лишние затраты сил, то вы получите куда больший диапазон хода, в первую очередь просто не замедляясь.
Но, очевидно, что это не реалистично. Так как нам приходится снижать скорость многократно, рекуперация — это следующий лучший вариант, так как она делает этот процесс менее бесполезным.
Насколько хорошо рекуперативное торможение
Чтобы правильно оценить данную технологию, нам нужно посмотреть на два разных параметра: коэффициент полезного действия(КПД) и эффективность. Несмотря на кажущееся сходство, они совершенно разные. КПД говорит о том, с каким успехом захватывается «потерянная» мощность торможения. Все превратилось в тепло или удалось перевести кинетический потенциал в нужное русло? С другой стороны, эффективность относится к тому, как сильно влияет регенеративное торможение на длину пути. Значительно ли увеличится ваш диапазон, или вы даже не заметите большой разницы?
(визуализация работы системы рекуперация энергии торможения
КПД
Никакая машина не способна достичь коэффициента полезного действия в 100% (без нарушения законов физики), так как любая передача энергии неизбежно повлечет за собой потерю в форме тепла, света, шума и т.
д. КПД процесса зависит от многих факторов, таких как двигатель, батарея и контроллер, но часто значение оценивается в районе 60-70%. По словам Tesla, их технология обычно теряет 10-20% кинетического потенциала при попытке его захватить, а затем еще 10-20% при преобразовании отложенных запасов обратно в ускорение. Это довольно стандартные числа для основной массы электрических транспортных средств, включая машины, грузовики, велосипеды, самокаты и т. д.
Отметим, что эти 70% не говорят нам, что регенеративное торможение даст 70% -ный рост пути от одного заряда. Технология не приведет к увеличению диапазона от 100 км до 170 км. Это лишь означает, что 70% кинетической энергии, потерянной во время торможения, может быть снова возвращено.
Поэтому рассмотрение лишь КПД системы мало что значит. Что должно нас больше заинтересовать, так это эффективность рекуперативного торможения.
Эффективность
Здесь все куда интереснее. Эффективность рекуперативного торможения — это показатель того, насколько система способна увеличить запас хода транспортного средства.
Как вы, наверное, уже догадались, показатель значительно варьируется в зависимости от факторов, включая условия движения, местность и размер транспортного средства.
Немалое влияние оказывают условия вождения. Вы увидите значительно лучшую отдачу в городе, где приходится многократно сбрасывать скорость на светофорах или в пробках, чем на шоссе. Ландшафт также играет весомую роль. Подъем в гору не дает вам много шансов на остановку, а вот при спуске для безопасности часто нужно притормаживать, что позволит преобразовать больший объем кинетических запасов. На длинных склонах рекуперативная система может применяться почти без остановок, чтобы регулировать скорость, тем самым заряжая аккумулятор в течении продолжительного промежутка.
Размер транспортного средства может быть самым значительным фактором для данного показателя по той простой причине, что более тяжелые тела содержат в себе гораздо больший импульс и кинетическую энергию. Подобно тому, как большой маховик является более эффективным, четырехколесный автомобиль имеет куда больше кинетической энергии при движении, чем мотоцикл или самокат.
Эффективность системы регенерации в автомобилях
Данные для сравнения могут быть несколько сложными. Машины Tesla выдают мощность рекуперативного торможения в 60 кВт при жесткой остановке, но это не отвечает на более интересный вопрос. Мы хотим знать, сколько энергии мы регенерируем во время поездки, а не насколько сильны наши тормоза каждый раз, когда мы месим педаль.
К счастью, ряд водителей Tesla смогли посчитать возврат энергии, используя различные приложения для отслеживания данных. Владельцы Model S сообщили о возмещении около 32% от общего потребления энергии в момент подъема, а затем спуска на холмистой местности. Таким образом, при таком коэффициенте ход увеличивается со 100 до 132 км. Другой собственник рассказал о регенерации 28% энергии (форум на датском языке). Остальные же пишут, что во время обычных поездок возвращается в среднем 15-20% от общего потребления.
Другие автопроизводители также использую данную систему в своих машинах. Например Audi говорит, что технология рекуперативного торможения, установленная в Audi Q7 позволит сэкономить до 3% топлива.
Но если брать только электромобили, то компания обещает увеличение длины пути на 30% в их будущей модели Audi e-Tron.
Эффективность рекуперативного торможения в велосипедах, самокатах, скейтбордах и других персональных EV
Для небольших электрических транспортных средств цифры не столь оптимистичны. На многих велосипедах с функцией рекуперативного торможения средним показателем является 4-5% регенерации, максимум 8% в холмистых районах. Другие персональные электромобили, включая самокаты и скейтборды, имеют схожие результаты.
Как мы писали выше, столь небольшие цифры во многом связаны с меньшим весом данных средств. У них просто нет большого импульса и, следовательно, они имеют меньшую кинетическую энергию для преобразования обратно аккумулятор.
А это вообще важно, насколько хорошо работают рекуперативные тормоза?
В индустрии электрических велосипедов регенеративное торможение иногда может использоваться скорее как маркетинговый инструмент, чем как целесообразное нововведение.
Истина заключается в том, что для небольших и персональных транспортных средств рекуперация не так эффективна, как в крупных электромобилях, однако эта функция все равно имеет множество преимуществ.
Одним из самых весомых плюсов разработки можно назвать применение в качестве еще одной замедляющей силы для небольших персональных EV. К примеру, электрический самокат Xiaomi M365 для переднего моторного колеса использует только остановку регенерацией, в то время как для заднего колеса применяется традиционный дисковый тормоз.
Это означает, что самокат имеет два независимых элемента замедления хода с одним рычагом управления для их активации, что снижает стоимость, вес и сложность сборки.
Рекуперация также позволяет внести механизм остановки в скейтборды — подвиг, который ранее выполнялся через трение подошвы вашей обуви о тротуар. Данная функция является очень полезной для безопасности в связи с появлением популярных моделей, достигающих скоростей более 30 км/ч.
Еще одним преимуществом регенеративного торможения является продление срока службы обычным тормозным деталям, таким как кабели и тормозные колодки. Постоянное обслуживание и замена данных частей раздражает, а если учесть, что электрические велосипеды и самокаты путешествуют намного дальше и быстрее, чем их не электрические братья, то детали изнашиваются намного раньше.
В конце концов, регенеративное торможение никогда не будет столь полезным в небольших средствах передвижения, как в крупных, просто из-за законов физики. Поэтому отсутствие технологии на электрических велосипедах и других малых EV для личного пользования не есть что-то ужасное.
Рекуперативное торможение в электромобилях: что это и как работает
Понять, что такое рекуперативное торможение в электромобилях совсем не сложно, для этого нужно лишь обратить внимание на основные характеристики этого вида транспорта.
В отличие от машин с ДВС, где важным фактором является динамика, большинство электромобилей выбирают по запасу хода.
И вот именно этот показатель и можно увеличить с помощью рекуперативной тормозной системы.
Рис. 1. Схема рекуперации энергии в электромобиле.
Что такое рекуперативная система?
Технологию рекуперативного торможения используют не только электрические машины, но и автомобили с бензиновым или дизельным мотором (гибриды).
Основанием для её разработки стали высокие цены на топливо и стремление снизить расходы.
Автопроизводители искали варианты решения проблемы, одним из которых стало получение энергии из процесса торможения.
Своё название система получила от термина recuperatio (лат. «возвращение» или «компенсация»).
Возвращая часть затраченной на торможение энергии, она расходует полученное электричество на разгон транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания.
Рекуперация на электромобиле имеет одно серьёзное отличие – выработанная электроэнергия не тратится сразу, а может аккумулироваться.
Это позволяет подзаряжать аккумулятор, а запас хода увеличивается, хотя и незначительно. В то же время для электрического транспорта, который непросто подзарядить в дороге, даже этот небольшой заряд может оказаться решающим.
Принцип работы
Работу системы рекуперации электрической энергии можно описать следующим образом:
- При торможении электромобиля его силовой агрегат отключается от источника питания (аккумулятора) и переходит в генераторный режим, самостоятельно вырабатывая энергию.
- В таком режиме в обмотках ротора и статора возникают противоположно направленные токи.
- На валу электромотора возникает тормозной момент. Он обеспечивает торможение транспортного средства, снижая скорость.
- Одновременно с этим запасённая машиной кинетическая энергия переходит в электроэнергию и тепло.
- Электрическая энергия поступает в аккумулятор, увеличивая его заряд.
- Чем чаще тормозит автомобиль, тем больше заряжается его аккумуляторная батарея.
Рис. 2. Колесо электромобиля с рекуперативной системой.
Система рекуперативного торможения получила распространение, в первую очередь, при поездках на транспорте, оборудованном электродвигателями постоянного тока.
Следует отметить, что она применяется не для полного торможения состава, масса которого слишком большая, чтобы компенсировать её таким способом, а лишь для небольшого снижения скорости.
Однако тормозной момент создаётся достаточно большой, и экономия в течение года только для одного состава достигает сотен тысяч гривен.
Проблемы небольших электромобилей
В отличие от тяжёлых и перемещающихся на высокой скорости электропоездов, получившие такую систему электромобили не получают таких же преимуществ:
- В городе, особенно при движении в плотном потоке, электромобиль практически не может нормально разогнаться (даже при хороших динамических характеристиках, как у Tesla Model S).
- Рекуперация мало эффективна, так как скорость в начале торможения небольшая (до 60 км/ч), а масса автомобиля не превышает 1-2 т.
- Энергии вырабатывается мало, и запас хода увеличивается незначительно.
- Стоимость установки оборудования, обеспечивающего рекуперацию достаточно большая, а из-за низкой эффективности работы рекуперации она почти не окупается.
Важно: Ситуация немного улучшается при движении с горки и торможениях на высокой скорости. Но так разогнаться электромобили могут только за городом.
А большинство доступных по цене электрических моделей не обладает запасом хода для загородных поездок и динамикой для нормального разгона.
Эффективность рекуперативного торможения
Использующую рекуперацию тормозную систему нельзя назвать достаточно эффективной.
Хотя её КПД довольно большой – производители электромобилей и другого электрического транспорта (велосипедов, мопедов и грузовых авто) называют цифру в 60-70% возврата.
При этом первые 10-20% теряются сразу, при захвате кинетической энергии – ещё примерно такое же количество аккумулятор недополучает в процессе преобразования в электроэнергию.
С одной стороны, показатель достаточно большой – 70% кинетической энергии подзаряжают аккумулятор электромобиля.
Запас хода увеличивается, и транспортное средство может проехать дальше на одном заряде.
С другой стороны, кинетической энергии на торможение тратится немного, и цифры нельзя назвать впечатляющими.
Рис. 3. Индикация системы рекуперации модели Volkswagen e-Golf.
Владельцы автомобилей Tesla Model S говорят, что во время поездок по городу пользы от системы рекуперативного торможения практически нет.
Заметить её влияние получается только при поездке по холмистой местности, когда водителю приходится тормозить во время спуска.
Иногда запас хода транспортного средства увеличивается при этом на 15-20%.
Рис. 4. Тормоза премиального электромобиля Tesla Model S.
Перспективы использования рекуперации
Повысить эффективность рекуперативной системы позволяет её использование не только при торможении, но и во время обычной поездки.
Предполагается, что энергия будет возвращаться благодаря инновационной подвеске, которую уже разрабатывают компании Levant Power и ZF.
В будущем такими устройствами могут оснащаться все серийно выпускаемые авто.
Принцип действия системы в подвеске следующий:
- Рекуперативное устройство будет состоять из небольшого электромотора, 4 электрогидравлических насосов и управляющего блока.
- Приспособление будет устанавливаться возле амортизаторов каждого автомобильного колеса.
- При движении входящего в конструкцию штока кинетическая энергия будет переходить в электрическую.
- Полученная электроэнергия будет передаваться к аккумулятору электромобиля. Если устройство будет устанавливаться на машинах с ДВС, энергия поступит в их электрическую сеть.
Совместная работа рекуперативной системы торможения и устройств, аккумулирующих энергию от обычного движения, должна повысить эффективность примерно вдвое. Однако проект пока находится в разработке. До его завершения и, тем более, установки на серийные авто, может пройти несколько лет.
Выводы
Возможность возвращать хотя бы часть потраченной на торможение энергии и дальнейшее развитие технологий в этом направлении позволяет рассчитывать, что электромобили в будущем станут ещё эффективнее.
Запас хода даже бюджетного электрического транспорта увеличится до 150-200 км, и на таком авто можно будет ездить целый день без подзарядки.
В то же время эффективность рекуперации на компактных электрических авто, таких как Chevrolet Bolt, Hyundai Ioniq или Nissan Leaf, всё равно останется небольшой.
Намного заметнее увеличение запаса хода на грузовиках с электромоторами и на тяжёлых электромобилях типа Tesla Model X, вес которого даже без водителя достигает 2,4 т.
Подобається контент? Підтримай Autogeek на Patreon!
О некоторых особенностях системы рекуперативного торможения
Одним из преимуществ гибридных и электромобилей (HEV) является их способность рекуперировать энергию торможения благодаря наличию системы рекуперативного торможения.
Что представляет собой система рекуперативного торможения?
Из школьного курса физики мы знаем, что энергию невозможно создать или уничтожить — ее можно только преобразовать из одной формы в другую. На этом же принципе основана работа тормозной системы. Чтобы машина остановилась, кинетическая энергия, накопленная во время движения, должна куда-то уйти. В обычной гидравлической тормозной системе для преобразования кинетической энергии автомобиля в тепло используется сила трения, возникающая между тормозной колодкой и диском или барабаном. Затем тепло рассеивается в атмосфере, и машина замедляет свой ход.
В гибридных и электромобилях с системой рекуперативного торможения эта энергия используется гораздо эффективнее. Вместо того, чтобы просто рассеивать ее в воздухе в виде тепла, автомобиль превращает ее в электрическую энергию, которая сохраняется в его аккумуляторах.
Помогая затормозить автомобиль сохраненная энергия обеспечивает электричество для будущей работы электродвигателя, повышая его эффективность.
Как работает система рекуперативного торможения?
Приводя в движение автомобиль с системой рекуперативного торможения электродвигатель получает энергию от аккумулятора, создавая кинетическую энергию, необходимую для вращения колес. Однако, когда включается тормоз, этот процесс работает в обратном режиме. Теперь кинетическая энергия, которая изначально использовалась для приведения автомобиля в движение, заставляет колеса вращать электродвигатель, превращая его в подобие генератора. Вместо потребления электричества двигатель/генератор начинает производить его, используя кинетическую энергию автомобиля. Эта электрическая энергия сохраняется в высоковольтной батарее и затем повторно используется для обеспечения движения автомобиля. Поскольку система рекуперативного торможения преобразует кинетическую энергию автомобиля в электричество, она может замедлять его так же, как это делает гидравлический тормоз, использующий силу трения.
Оснащаются ли электромобили гидравлической тормозной системой?
В большинстве случаев электродвигатель/генератор обеспечивает достаточное тормозное усилие для замедления автомобиля. Тем не менее, когда автомобиль движется с высокой или очень низкой скоростью, стоит или его батарея полностью заряжена, слишком сильно нагрелась или охладилась, электродвигатель не может самостоятельно обеспечить достаточное тормозное усилие и нуждается в поддержке гидравлической тормозной системы. Степень необходимости ее использования во многом будет зависеть от автомобиля. Например, на автомобилях Toyota Prius раннего поколения (2001-2004) гидравлические тормоза не использовались до тех пор, пока скорость автомобиля не опускалась ниже одиннадцати километров в час, за исключением случаев экстренного торможения
Что это означает для обслуживания тормозной системы?
Поскольку гидравлические тормоза — это, по сути, резервная система, они используются реже и теоретически должны служить дольше.
Однако реальная ситуация может быть совсем другой — в связи с менее активным использованием гидравлических тормозов в них может накапливаться ржавчина и загрязняющие вещества, которые влияют как на фрикционную поверхность диска и крепления тормозных колодок, так и на поршень/направляющие штифты суппорта.. Вот почему основные компоненты тормозной системы все еще изнашиваются, только это обусловлено другими причинами.
Возьмем для примера держатель суппорта. Из-за коррозии, вызванной недостаточным использованием тормозов, тормозные колодки могут не полностью отходить от диска, что приводит к их ускоренному и неравномерному износу. Или же, в зависимости от мест возникновения коррозии, колодки могут неплотно прилегать к диску. В результате, какая-либо коррозия на фрикционной поверхности диска не будет полностью счищаться, что также приведет к появлению раковин на тормозном диске.
Конечно, возраст, условия эксплуатации и такие факторы окружающей среды, как вода, солевые брызги и изменения температуры, могут вызвать износ компонентов системы, как и на любом другом автомобиле.
Таким образом, по прежнему рекомендуется проводить регулярную проверку технического состояния всей тормозной системы, будь то автомобиль с гибридным приводом, электрическим двигателем или двигателем внутреннего сгорания. Просто не забывайте соблюдать меры предосторожности, изложенные в руководстве, составленном автопроизводителем.
Рекуперативное торможение — это… Что такое Рекуперативное торможение?
Toyota Prius 2004 — серийный (с 1997) автомобиль с системой рекуперативного торможенияРекуперати́вное торможе́ние — вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.
Рекуперативное торможение широко применяется на электровозах, электропоездах, современных трамваях и троллейбусах, где при торможении электродвигатели начинают работать как электрогенераторы, а вырабатываемая электроэнергия передаётся через контактную сеть либо другим электровозам, либо в общую энергосистему через тяговые подстанции.
Аналогичный принцип используется на электромобилях, гибридных автомобилях где вырабатываемая при торможении электроэнергия используется для подзарядки аккумуляторов. Некоторые контроллеры двигателей электровелосипедов реализуют рекуперативное торможение.
Проводились также эксперименты по организации рекуперативного торможения других принципов на автомобилях; для хранения энергии использовались маховики, пневматические аккумуляторы (англ.), гидроаккумуляторы и другие устройства.[1]
Использование в автомобилестроении
Использование на легковых и грузовых автомобилях
С развитием рынка гибридных и электроавтомобилей система рекуперации зачастую используется для увеличения дальности пробега автомобиля на электрическом заряде. Наиболее распостраненными автомобилями этих классов является Toyota Prius, Chevrolet Volt.
Есть отдельные случаи применения системы рекууперации для автомобилем с привычным бензиновым двигателем для сокращения расхода топлива.
Такая система разрабатывалась на а/м Ferrari для обеспечения функционирования внутренних мультимедийных и климатических систем автомобиля от одельной батареи, заряжаемой рекуперируемой энергией.
Использование в автоспорте
В сезоне 2009 года в «Формуле-1» на некоторых болидах использовалась система рекуперации кинетической энергии (KERS). Рассчитывалось, что это подстегнёт разработки в области гибридных автомобилей и дальнейшие совершенствования данной системы.
Впрочем, у «Формулы-1» с её мощным двигателем разгон на малых скоростях ограничивается сцеплением шин, а не крутящим моментом. На высоких же скоростях использование KERS не столь эффективно. Так что, по результатам сезона-2009, оснащённые данной системой болиды не демонстрируют превосходства над соперниками на большинстве трасс. Однако, это может объясняться не столько неэффективностью системы, сколько трудностью её применения в условиях строгих ограничений на вес машины, действовавших в 2009 году в Формуле-1.
После соглашения команд не использовать KERS в 2010 году для сокращения издержек, в сезоне 2011 года использование системы рекуперации было продолжено.
По состоянию на 2012 год, на систему KERS налагаются следующие ограничения[2]: передаваемая мощность не более 60 кВт (около 80 л.с.), ёмкость хранилища не более 400 кДж. Это означает, что 80 л.с. можно использовать не более 6.67 с на круг за один или несколько раз. Таким образом, время круга можно уменьшить на 0.1-0.4 с.
Техническим регламентом «Формулы-1», утвержденным FIA на 2014 год предусмотрен переход на более эффективные турбомоторы, в которые будет неотъемлемо встроена система рекуперации.
Использование на железных дорогах
Рекуперативным торможением на железнодорожном транспорте (в частности, на электровозах, оборудованных системой рекуперативного торможения) называется процесс преобразования кинетической энергии движения поезда в электрическую энергию тяговыми электродвигателями (ТЭД), работающими в режиме генераторов.
Выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть (в отличие от реостатного торможения, при котором выработанная электрическая энергия гасится на тормозных резисторах, то есть преобразовывается в тепло и рассеивается системой охлаждения). Рекуперативное торможение используется для подтормаживания состава в случаях, когда поезд идет по относительно не крутому уклону вниз и использование воздушного тормоза нерационально. То есть, рекуперативное торможение используется для поддержания заданной скорости при движении поезда по спуску. Данный вид торможения дает ощутимую экономию энергии, так как выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть и может быть использована другими локомотивами на данном участке контактной сети.
В основном, рекуперативным торможением оборудуются электровозы постоянного тока ввиду простоты метода переключения ТЭД в режим генератора. В электровозах переменного тока существует проблема, которая заключается в преобразовании выработанного постоянного электрического тока в переменный и синхронизация его с частотой тягового тока (так как тяговый ток в контактной сети переменный), однако эта проблема решается с помощью тиристорных преобразователей [3].
Рекуперативное торможение на железнодорожных локомотивах может использоваться для подтормаживания в экстренных аварийных случаях при отказе воздушного тормоза, что не является редкостью на отечественных железных дорогах. В частности, имеются сведения о неоднократном применении машинистами рекуперативного торможения на крутом участке Кропачево — Симская (Челябинская область).[4] Следует отметить, что штатное торможение на локомотивах производится стравливанием воздуха (стоп-кран в пассажирских вагонах), а при полном отсутствии в системе воздуха тормоза блокируются.[5]
Примечания
См. также
Ссылки
Рекуперативный тормоз для электромобилей и гибридов
В связи с последними событиями, а именно, отзывом компанией Toyota двух моделей автомобилей с гибридной установкой Toyota Prius 2010 и Lexus HS250h, у которых обнаружились проблемы с тормозной системой (да, да с Тойотой творится что-то неладное, сначала отозвали 8 миллионов автомобилей с двигателем внутреннего сгорания из-за проблем с педалью газа), многие люди задаются правомерным вопросом: а как в действительности работает регенеративный тормоз, который используется в автомобилях с гибридной и электрической силовыми установками.
Практически все современные гибридные автомобили, такие как Toyota, Ford и General Motors все используют электрогидравлические тормозные системы, в которых передача тормозного усилия от педали тормоза полностью доверено электронике.
Каждый производитель автомобилей с гибридной установкой использует свои собственные разработки при создании рекуперативных тормозов, но общие принципы функционирования этих тормозных систем остаются неизменными.
Давайте немного отклонимся от темы и вспомним, куда девается кинетическая энергия самого обычного автомобиля в момент торможения. В момент торможения металлические тормозные колодки прижимаются к металлическому тормозному диску, закрепленному на оси автомобиля, тем самым создавая трение, которое и приводит к замедлению вращения колеса. При этом вся кинетическая энергия полуторатонной махины несущейся со скоростью, допустим, в 100 км/ч превращается в тепло, то есть бесследно и безвозвратно теряется в атмосфере нашей замечательной планеты.
Наличие мощной электрической подсистемы в гибридных, и тем более электромобилях, делает оправданными усилия по возврату и повторному использованию энергии торможения экипажа. В этих автомобилях используются очень емкие аккумуляторы, которые позволяют сохранять избыточную энергию и повторно ее использовать. Экономия получается настолько заметной, что на сегодняшний день трудно найти электромобиль, не использующий рекуперативные тормоза, рекуперативный тормоз используется в широком ряде современных электромобилей, таких как Nissan Leaf, Chevrolet Volt, Mitsubishi i-MiEV и других.
Итак, повторим, в привычном автомобиле используется гидравлическое давление для того, чтобы создать силу трения в барабанном или дисковом тормозе и превратить энергию кинетическую в энергию тепловую. Это давление создается водителем в момент нажатия педали тормоза, которое обычно усиливается вспомогательной системой для уменьшения прилагаемого усилия. Таким образом, ускорение замедления автомобиля пропорционально усилию давления ноги на педаль тормоза.
Все просто и надежно.
Когда же мы пытаемся сберечь энергию торможения для дальнейшего использования, то нам приходится иметь дело с двумя системами торможения. Первой вступает в действие рекуперативная система, то есть вместо классического тормозного механизма в виде диска или барабана выступает компактный электрогенератор, который на первом этапе торможения, когда скорость вращения колес еще достаточно высока, преобразует энергию вращения колеса в электроэнергию и тем самым создает тормозное усилие на колесе. Вторым эшелоном идет более эффективное, с точки зрения замедления автомобиля до нулевой скорости, торможение с использованием трения.
Согласованием действий двух тормозных подсистем гидравлической и электрической занимается специальный электронный блок, который выступает посредником между водителем, давящим на педаль тормоза, и электрогидравлической системой торможения. Таким образом, теряется прямая связь водителя с тормозами, и задача этой электронной системы сделать так чтобы водитель этого не заметил.
Системе управления тормозами приходится постоянно определять, каково должно быть ускорение замедления в ответ на нажатие педали пользователем, и какую систему в какой пропорции задействовать, чтобы и энергию максимально сберечь и сделать замедление пропорциональным усилию, прилагаемому к педали тормоза. Например, водитель утапливает педаль тормоза на половину, у системы есть выбор: приложить тормозное усилие к тормозным дисками или создать тормозящий момент в генераторе и получить электроэнергию для подзарядки аккумуляторов.
Вот такие непростые задачи приходится решать «тормозному» компьютеру в сотые доли секунды, так как промедление здесь смерти подобно, как сказал бы классик. Для этой цели используется целый ряд датчиков и сенсоров , призванных быстро определять действия и предугадывать намерения водителя.
В то же время, система постоянно отслеживает скорость вращения колес, используя те же сенсоры, которые отвечают за работу антиблокировочной системы (ABS) . Эта информация используется для определения типа поверхности, по которой движется автомобиль, будь-то снег, лед, гравий или сухой асфальт.
Изменение скорости вращения колеса может снабдить бортовой компьютер массой полезной информации о природе дорожного покрытия, но, как это обычно бывает, этой информации не всегда достаточно. Именно о торможении на сложных участках и идет речь, так как намерения водителя могут не соответствовать реальной дорожной обстановке.
Например, если намерения водителя быстро затормозить на скользкой поверхности превышают физические возможности системы «автомобиль-дорожное покрытие», то «тормозной» компьютер должен уменьшить силу торможения до максимально допустимой дабы избежать скольжения. То есть, как только электронная система сопоставляет пожелания водителя и возможности для торможения дорожного покрытия, она выдает расчетное гидравлическое давление на фрикционные тормоза и необходимую нагрузку по зарядке батарей на рекуперативные.
Поскольку мы говорим о гибридных и электрических автомобилях, где экономия энергии является главным приоритетом, система торможения всегда старается вернуть максимум энергии в аккумуляторные батареи, если это возможно.
Рекуперативное торможение имеет еще два существенных ограничения. Первое – особенность современных аккумуляторов такова, что их подзарядка может происходить только при определенных значениях тока и напряжения, что несколько ограничивает диапазон использования регенерации энергии с помощью рекуперации. Второе — невозможно заряжать полностью заряженную батарею. Второе замечание не так существенно для электромобилей, так как рекуперация для них – это единственный способ подзарядки на ходу, в отличие от гибридов, которые подзаряжаются от собственного двигателя внутреннего сгорания.
Продолжим наши изыскания. Количество тормозного момента, создаваемого рекуперативным тормозом, довольно просто вычисляется и пропорционален напряжению на выходе генератора. Управляющая тормозами система вычитает тормозящий момент, создаваемый регенерацией, из желаемого тормозящего момента, чтобы получить количество тормозящего момента для фрикционной тормозной системы. Здесь и возникает трудность.
В этих электрогидравлических системах давление на фрикционные тормоза лишь частично зависит от давления водителя на педаль, из-за этого система должна использовать достаточно сложную математическую модель для расчета отношения рекуперативного и фрикционного торможения.
При этом при всей простоте и надежности фрикционных тормозов их характеристики могут со временем изменяться, часто они могут изменяться за короткий промежуток времени. Вся проблема в том, что эффективность фрикционного тормоза зависит от силы трения между двумя движущимися поверхностями, в случае дисковых тормозов, это тормозной диск и тормозные колодки. Сила трения может сильно меняться, например, из-за температуры тормозного диска, а он, как известно очень сильно нагревается при торможении. Не верите? Спуститесь на автомобиле с Ай-Петри и пощупайте (я щупал) колесные диски, но ни в коем случае не трогайте дисковые тормоза – получите ожог! Второй фактор, влияющий на эффективность фрикционного тормоза – влажность. Тонкая пленка воды на тормозном диске значительно уменьшает силу трения, и Вы можете это почувствовать, проехав по глубокой луже. Недаром опытные водители советуют несколько раз нажать тормоз для просушки после проезда водных преград. Третье – тормозные диски и колодки со временем изнашиваются и меняют свои тормозящие свойства.
В случае классического автомобиля, водитель имеет прямую пропорциональную связь между педалью тормоза и колодками, что позволяет ему мгновенно реагировать на изменившуюся ситуацию, дополнительным усилием на педаль тормоза. В то время как в управляющей системе рекуперативных тормозов необходимо использовать сложные адоптирующиеся алгоритмы для оценки всех изменяющихся параметров тормозной системы, и так же как и система определения качества дорожной поверхности, эта система далека от совершенства.
Инженеры проводят тысячи часов, тестируя и усовершенствуя алгоритмы работы систем управления торможением, чтобы сделать их быстрыми и надежными. Это еще одна причина того, что гибридные автомобили так медленно появляются на рынке.
Какая же проблема возникла в автомобиле Toyota Prius, самом известном гибридном автомобиле в мире? Нужно осознавать тот факт, что возможности регенерации энергии на малых скоростях весьма ограничены и, соответственно, тормозящий момент на малых скоростях падает даже, если водитель не меняет положение ноги на педали тормоза.
Добавьте к этому ошибочную переоценку тормозного момента, создаваемого фрикционным тормозом, и вы получите ощутимую потерю замедления. Есть еще и третий момент, который влияет на увеличение ошибки системы. На ухабистой дороге, на малой скорости попадание колеса на кочку или ямку может привести к ошибке в определении скорости вращения колеса, что может повлечь команду системы управления на снижение тормозного усилия.
Эти факторы, кажется, не могут значительно повлиять на тормозящие способности автомобиля, но в реальном мире это может привести к увеличению тормозного пути автомобиля на каких-то 30-60 см. Мелочь? Возможно это так, но в плотном городском трафике это может привести к весьма неприятным последствиям. Так что соблюдайте безопасную дистанцию, господа!
Источник: www.facepla.net
как это работает — HEvCars
Рекуперативное торможение как активная система транспортных средств с электрическим приводом известно довольно давно и сегодня не ограничивается исключительно электрокарами, а является неотъемлемой частью электрических велосипедов, скутеров, скейтбордов.
Но на деле многие ли понимают реальный принцип работы рекуперативного торможения и его эффективности использования в электрокарах?
Что такое рекуперативное торможение?
Любые движущиеся транспортные средства обладают большой кинетической энергией, которая должна куда-то уходить когда происходит процесс торможения. Во времена автомобилей с ДВС кинетической энергией попросту пренебрегали и не придавали ей особого значения, она уходила в тормозные колодки попросту стирая их. То есть она не только не приносила пользы, но еще и оказывало негативное воздействие.
Схема рекуперация энергии в электромобиле BMW i3 при торможении
В эру электромобилей, к ней стали относится куда более трепетно, осознав ее потенциал в вопросе сохранности заряда аккумуляторных батарей и увеличения запаса хода. Именно поэтому фактически во всех электрокарах, при торможении электрический мотор начинает работать в режиме генератора, возвращая преобразованную кинетическую энергию в аккумулятор.
Затем большая часть этой энергии используется при очередном ускорении автомобиля и только после начинается использование основного заряда АКБ.
Насколько эффективно рекуперативное торможение?
Эффективность процесса рекуперативного торможения зависит от многих факторов: типа транспортного средства, электрического двигателя, аккумуляторных батарей, но в целом этот показатель составляет 60-70%. По словам отдельных производителей электрокаров, системы рекуперативного торможения теряют 10-20% от захваченной энергии, после теряют еще столько же в процессе ее преобразования в заряд для аккумуляторных батарей. Эти показатели стандартны для большинства транспортных средств включая электромобили, грузовики, мопеды и велосипеды.
Таким образом, использование системы рекуперативного торможения позволяют вернуть 70% кинетической энергии потерянной во время торможения, чтобы потом снова использовать ее для ускорения транспортного средства.
Как влияет рекуперация энергии на запас хода в электромобилях
Еще одним определяющим эффективность рекуперативного торможения критерием, является запас хода, а точнее насколько он увеличивается с использованием системы.
Здесь тоже не все однозначно, как вы уже догадались, эффективность рекуперативного торможения в контексте величины диапазона езды зависит от условий передвижения, местности, стиля вождения и размеров транспортного средства.
Наилучшую эффективность и увеличение дистанции пробега системы рекуперации демонстрируют в городе с его «старт-стоп» трафиком.
Ландшафт местности также влияет, поскольку на постоянных прямых дорогах с отсутствием поворотов на рекуперацию можно и не рассчитывать, а вот на извилистых дорогах или долгих склонах система может работать практически непрерывно.
Ландшафт местности также влияет на запас хода в электромобилях
Размер транспортного средства играет вероятно определяющее значение, по той причине, что чем больше и тяжелее автомобиль, тем больше он высвобождает кинетической энергии при торможении.
В данном случае небольшие электрические транспортные средства находятся в менее выигрышном положении, поскольку попросту не могут противостоять законам физики. Таким образом, если сравнивать электрокары по габаритам можно быть уверенным, что чем больше электромобиль, тем выше показатели эффективности его рекуперативной системы.
Это не значит, что от системы нет пользы, просто надо понимать почему условный грузовик Tesla Semi будет более выгодным в вопросах рекуперации даже в сравнении с другими электрокарами Tesla.
В целом, сам факт того, что мы научились сохранять пусть и не 100%, а лишь большую долю кинетической энергии при помощи рекуперативного торможения и стали использовать ее во благо — огромная победа. Торможение с рекуперацией уже изменило формат управления автомобилями, предложив возможность ездить на электрокарах при помощи одной педали, сделав обычный «тормоз» атавизмом, который используют в случаях крайней необходимости.
Напоследок хотелось бы отметить наиболее «рекуперативные» электромобили, в число которых на сегодняшний день входят: Chevrolet Bolt, Hyundai Ioniq, BMW i3, Nissan Leaf.
Автор: hevcars.com.ua
Еще интересное пишут по теме
HEVCARS 🔌 Автор
Читайте самые интересные новости и статьи о электрокарах в Telegram и Google Новости!Рекуперативное торможение — что это и когда будет наших авто?
Рекуперативное торможение — что это такое и как работает?
Друзья, вы наверняка замечали, что в последние годы тема всевозможных возобновляемых и экологически чистых источников энергии муссируется очень активно.
В связи с этим хотелось бы поговорить о системе, которая просто таки творит чудеса — система рекуперативного торможения.
Во первых хочется сказать, эта новомодная система добралась все-таки и до любимых нами легковушек. Теперь уже практический каждый автопроизводитель имеет в своём арсенале по парочке моделей с гибридной силовой установкой, а то и вообще электромобиль.
Рекуперативное торможение — источник энергии
В чём же суть данной технологии? Оказывается, что во время движения наши с Вами автомобили не только поглощают энергию, съедая топливо, но и выделяют её.
Происходит это, как правило, во время торможения, когда масса кинетической энергии улетучивается в виде тепла от тормозных механизмов в атмосферу. «Зачем же нам греть воздух, если можно использовать её в других целях», — как-то раз задумались инженеры.
Результатом их трудов и стала система рекуперативного торможения, то есть такая, которая возвращает часть выделяющейся энергии обратно, в организм автомобиля, где потом используется вновь, а это значит, что мы экономим.
Проще всего такой фокус можно реализовать на гибридных машинах и электромобилях. Почему? Ответ будет дальше.
Кстати, автомобильный транспорт не единственный, где можно встретить рекуперационные системы. Довольно активно и давно они используется на железной дороге у электровозов, а также на городском электротранспорте – трамваях и метро.
Как сохранить энергию торможения?
С сутью рекуперации мы, кажется, разобрались, теперь остаётся выяснить, как она реализована на практике. Есть несколько способов повернуть энергию, выделяющуюся при торможении, в нужное русло. Мне известны только два:
- электрический;
- механический.
Электрический метод
Электрическое рекуперативное торможение, с технологической точки зрения можно назвать самым доступным, и именно он наиболее точно подходит под определение этой системе.
Система рекуперативного торможенияЭлектрический метод актуален для автомобилей с гибридными моторами (ДВС + электропривод) или для электромобилей.
Главную роль тут играют электродвигатели, которые благодаря своим свойствам, могут не только крутить колёса, но и крутиться сами под воздействием внешних сил, превращаясь в генераторы.
В момент рекуперативного торможения, электромотор переключается в генераторный режим и создаёт дополнительное останавливающее усилие на осях. В этом случае он уже не потребляет энергию аккумулятора, а наоборот, подзаряжает его, и так повторяется каждый раз, когда вы нажимаете на тормоз.
Таким образом, по подсчётам автопроизводителей, подобная система рекуперации на гибридном авто экономит до 30% запасов топлива.
Необходимо отметить, что в зависимости от скорости машины, электроника сама выбирает как ей лучше оттормаживаться – с помощью электродвигателя или традиционными методами.
//www.youtube.com/watch?v=yfo6U3bUISM
Механический способ
Механическое рекуперативное торможение. По сути, это не система рекуперативного торможения, а система рекуперации кинетической энергии, так как она не способствует тому, чтобы автомобиль остановился, а просто накапливает часть энергии, выделяющейся во время снижения скорости.
В данном методе в качестве ключевого элемента используется маховик, который раскручивается во время торможения и затем отдаёт эту кинетическую энергию по мере дальнейшего движения авто.
Вращается маховик в вакуумной камере, а при торможении автомобиля раскручивается до 60000 об/мин. Конструкция такова, что она сохраняет энергию во вращательном маховике до 600 кДж, а при отдаче выдает мощность до 60 кВт, что составляет 80 л.с.
Такая система, получившая название KERS, несколько лет назад эксплуатировалась на гоночных машинах Формулы-1, где позволяла кратковременно добавить двигателю внутреннего сгорания ещё несколько десятков лошадиных сил.
В гражданской технике рекуперативное торможение пока является экзотикой и серийно не устанавливается.
Система KERS — рекуперация кинетической энергии (Kinetic Energy Recovery Systems)Таким образом, наши дорогие читатели, мы видим, что игры с кинетической энергией, выделяющейся при торможении, могут давать вполне ощутимые результаты в виде экономии топливных ресурсов.
Но, справедливости ради, нужно заметить, что все эти системы довольно дорогое удовольствие, которое пока что очень осторожно становится массовым продуктом.
//www.youtube.com/watch?v=IUo7k8KE6nk
На этом всё, спасибо за внимание и до новых встреч!
Как это работает: рекуперативное торможение
Раньше тормоза были просто тормозами — вы нажимали на педаль, и ваш автомобиль замедлялся. Но по мере того, как все больше автомобилей оснащаются электродвигателями — гибридами или полностью работающими от аккумуляторов, большое значение приобретает рекуперативное торможение.
Эта система улавливает кинетическую энергию во время замедления, сохраняя ее в батарее, чтобы ее можно было использовать в качестве электричества для питания электродвигателя.
Вот почему обычные гибриды не нужно подключать: они используют рекуперативное торможение для подзарядки своих батарей во время движения.Электромобили (электромобили) в основном расходуют заряд, который они накапливают при подключении к розетке, но используют рекуперативное торможение, чтобы зарядить аккумулятор.
В дополнение к регенеративной системе все электрифицированные автомобили имеют обычные тормозные системы, как и обычные автомобили. В них используются металлические диски, называемые роторами, которые расположены за колесами и вращаются вместе с ними. Когда вы нажимаете педаль тормоза, давление гидравлической жидкости плотно прижимает металлические тормозные колодки к роторам, и возникающее трение замедляет движение автомобиля.
Это трение преобразует кинетическую энергию в тепловую, и тормоза нагреваются. Тепло рассеивается — автопроизводители проектируют все так, чтобы охлаждение происходило очень быстро, потому что горячие тормоза тоже не работают — и эта энергия теряется. Идея рекуперативного торможения состоит в том, чтобы улавливать эту потерянную в противном случае кинетическую энергию и использовать ее, преобразовывая в электричество.
Улавливание кинетической энергии при торможении
В электрифицированном транспортном средстве электродвигатель приводит в движение колеса либо вместе с бензиновым двигателем, как у гибрида, либо самостоятельно в электромобиле с аккумулятором.Когда вы двигаетесь вперед, двигатель вращается в этом направлении, снабжая колеса электроэнергией.
Но когда вы снижаете скорость, убирая ногу с дроссельной заслонки, электродвигатель перестает подавать мощность, поэтому автомобиль замедляется. Когда двигатель останавливается, он немедленно отключается, а затем начинает вращаться в обратном направлении. Трансмиссия все еще находится в режиме Drive, поэтому колеса не меняются; вместо этого он действует как генератор. Он улавливает кинетическую энергию от колес, когда они замедляются, и преобразует ее в электричество.Затем он сохраняется в аккумуляторной батарее и отправляется обратно в электродвигатель, когда он необходим для приведения в движение колес транспортного средства.
«Вождение с одной педалью»
Количество захваченной энергии может зависеть от конфигурации системы. В некоторых из них водитель может решить, сколько рекуперативного торможения использовать, обычно перемещая рычаг переключения передач при замедлении. Когда выбрано более агрессивное торможение, система улавливает и накапливает больше энергии, но автомобиль также замедляется раньше, а в некоторых случаях может полностью остановиться.
Автопроизводители часто называют это вождением с одной педалью. Со временем водители смогут преодолевать интенсивное движение, используя только дроссельную заслонку, ускоряясь достаточно, чтобы двигаться вперед по мере необходимости, а затем отпуская педаль и позволяя рекуперативному торможению остановиться.
Но регенеративной системы недостаточно, чтобы остановить автомобиль в любой ситуации, особенно при движении на более высоких скоростях, и именно поэтому каждый гибридный автомобиль или автомобиль с аккумуляторным питанием также имеет обычные гидравлические тормоза.Хорошая новость заключается в том, что, поскольку регенеративная система также замедляет автомобиль, тормоза не должны работать так сильно. Водители обычно обнаруживают, что их гибриды или электромобили требуют новых тормозов гораздо реже, чем обычные автомобили.
Поведение при вождении определяет количество потребляемой энергии.
Гибриды обычно экономят больше топлива в городском потоке, чем на шоссе, и не всегда из-за скорости. Им необходимо рекуперативное торможение для зарядки своих аккумуляторов, но если вы поддерживаете постоянную скорость и не снижаете скорость на шоссе, аккумулятор питает электродвигатель (который либо усиливает бензиновый двигатель, либо запускает транспортное средство самостоятельно, в зависимости от в зависимости от условий движения), ничего не получая от рекуперативной системы.Когда он становится слишком низким, аккумулятор перестает работать с газовым двигателем и вместо этого откачивает часть своей энергии для подзарядки.
Сколько энергии улавливает система рекуперативного торможения, зависит от нескольких факторов, причем водитель является одним из наиболее важных. Подсчитано, что способность системы улавливать энергию может составлять от 16 до 70 процентов, и все зависит от того, как движется автомобиль.
Наивысшая норма прибыли достигается, когда водители сбавляют скорость заранее, в то время как те, кто приближается к остановке и нажимает на тормоза в последний момент, видят наименьшую эффективность, особенно потому, что они сильно зависят от обычные тормоза автомобиля.Если вы хотите получить от него максимум удовольствия, действительно необходимо отрегулировать свое вождение в электрифицированном транспортном средстве.
И это только часть общей картины при разработке электромобилей и гибридов, которые должны быть максимально эффективными. Более крупное и тяжелое транспортное средство будет иметь больший импульс и большую кинетическую энергию для захвата, но тогда для его возобновления движения с остановки потребуется больше энергии, чем для меньшего транспортного средства. Регенеративная система увеличивает вес и сложность, что увеличивает стоимость.Иногда приходится тратить энергию, если аккумулятор полностью заряжен, потому что его нельзя перезарядить. Это часть того, что мешает автомобильным инженерам спать по ночам.
Что такое рекуперативное торможение?
В гибридных и электромобиляхприменяются аккумуляторные технологии, аэродинамика и другие инженерные достижения для достижения эффективности вождения. Одной из таких функций, используемых в этих энергосберегающих транспортных средствах, является рекуперативное торможение. Рекуперативное торможение улавливает энергию, которая в противном случае теряется во время торможения, а затем использует эту мощность для зарядки аккумулятора автомобиля.
Как работает рекуперативное торможениеЧтобы понять, как работает рекуперативное торможение, сначала необходимо знать, как работает обычная тормозная система. Когда вы наступаете на педаль тормоза автомобиля, диски и тормозные колодки создают трение при встрече. В свою очередь, трение создает кинетическую энергию, которая рассеивается в окружающую среду в виде тепла.
Рекуперативное торможение восстанавливает часть кинетической энергии, которая в противном случае превратилась бы в тепло, и вместо этого преобразует ее в электричество.В этой системе двигатель приводит в движение колеса во время разгона или движения, но колеса приводят в движение двигатель при замедлении. Этот двусторонний поток энергии позволяет двигателю действовать как генератор, сопротивляясь вращению колес и создавая электричество для подзарядки аккумулятора транспортного средства.
Есть два условия, при которых происходит регенерация:
1. Когда водитель нажимает педаль тормоза
2. Когда водитель отпускает педаль акселератора, и автомобиль движется по инерции
В обоих случаях система вырабатывает электричество для подзарядки батарея.Водители могут видеть этот регенеративный эффект на индикаторе заряда автомобиля, который показывает его как энергию, текущую от колес к аккумулятору.
Количество электроэнергии, вырабатываемой системой, пропорционально уровню тормозного усилия. Это означает, что чем сильнее тормозное усилие, тем больше электрический ток. В конечном итоге количество энергии, улавливаемой системой, зависит от скорости автомобиля и продолжительности торможения.
При торможении система автоматически распределяет часть тормозного усилия на рекуперацию энергии, а часть — на обычную тормозную систему.Таким образом, система одновременно выполняет двойную задачу: замедление движения транспортного средства и подзарядку аккумулятора для повышения эффективности и увеличения дальности электрического движения.
Эффективность регенеративной тормозной системыКаждый год появляются новые гибридные модели или электромобили со все более совершенными системами рекуперативного торможения, увеличивая количество энергии, которую эти системы могут улавливать. В некоторых случаях новейшие системы рекуперативного торможения могут восстанавливать до 70% кинетической энергии, которая в противном случае терялась во время торможения.
В зависимости от того, сколько владелец водит на своем автомобиле, это может добавить до сотен миль дополнительного электрического запаса хода в течение года. Это уменьшает количество поездок к топливному насосу для гибридов и снижает потребность в чистых электромобилях для подключения к электросети.
Недостатки рекуперативного торможенияКак и все остальное, рекуперативное торможение имеет свои недостатки. Наиболее очевидное — снижение эффективности на малых оборотах. В медленном движении с остановками и остановками рекуперативное торможение не может улавливать много энергии и передавать ее обратно в аккумулятор, что значительно снижает преимущества системы для многих пассажиров в час пик.
Еще одним недостатком некоторых систем рекуперативного торможения является то, как они меняют чувствительность педали тормоза и модуляцию. В зависимости от автомобиля и конструкции рекуперативные тормоза могут на мгновение перестать реагировать или их сложно настроить для плавного и чистого торможения и остановки. Эти ощущения могут не внушать водителя уверенности или комфорта.
Рекуперативные тормоза могут не иметь такой же тормозной способности, как обычные тормоза, что требует от водителей более сильного нажатия на педаль тормоза. Водители должны знать об этой возможности и соответствующим образом корректировать свой стиль вождения.
Многие новые системы рекуперативного торможения работают намного лучше, чем ранние образцы технологии, ощущаясь более естественными для водителя и предлагая тот же уровень эффективности, что и обычные системы. При тестировании гибридных и электромобилей обязательно обращайте пристальное внимание на то, как работают тормоза. Вы можете вообще не заметить никакой разницы.
РезюмеГибридные и электрические автомобили объединяют различные системы для оптимизации эффективности, и рекуперативное торможение является жизненно важным компонентом этого общего уравнения.Помимо минимизации потерь энергии и увеличения электрического диапазона, системы рекуперативного торможения продлевают срок службы тормозов благодаря их низким характеристикам износа. Преимущества этой технологии очевидны и помогают сделать экологически чистые автомобили еще более привлекательными для потребителей.
Рекуперативное торможение: как оно работает и стоит ли оно того в небольших электромобилях?
С тех пор, как более 20 лет назад с конвейера сошла первая Toyota Prius, концепция рекуперативного торможения стала довольно известной как метод увеличения запаса хода в гибридных и электрических транспортных средствах.Но знаете ли вы, что рекуперативное торможение применяется не только к электромобилям? В наши дни вы можете найти его во всем, от электрических велосипедов и скейтбордов до электросамокатов.
Присоединяйтесь к нам, и мы глубоко погрузимся в рекуперативное торможение и его эффективность в различных электромобилях.
Что такое рекуперативное торможение?
Движущиеся транспортные средства обладают большой кинетической энергией, и когда для замедления транспортного средства применяются тормоза, вся эта кинетическая энергия должна куда-то уходить.Еще в те времена, когда автомобили с двигателями внутреннего сгорания были неандертальцами, тормоза основывались исключительно на трении и преобразовывали кинетическую энергию транспортного средства в потраченное впустую тепло, чтобы замедлить автомобиль. Вся эта энергия была просто потеряна для окружающей среды.
К счастью, мы эволюционировали как вид и развились лучше. При рекуперативном торможении двигатель электромобиля используется в качестве генератора для преобразования большей части кинетической энергии, потерянной при замедлении, обратно в энергию, накопленную в аккумуляторной батарее транспортного средства.Затем, в следующий раз, когда автомобиль ускоряется, он использует большую часть энергии, ранее накопленной от рекуперативного торможения, вместо того, чтобы использовать свои собственные запасы энергии.
Важно понимать, что рекуперативное торможение само по себе не является волшебным усилителем запаса хода для электромобилей. Само по себе это не делает электромобили более эффективными, а просто делает их менее неэффективными . По сути, самый эффективный способ управлять любым транспортным средством — это разогнаться до постоянной скорости, а затем никогда не касаться педали тормоза.Поскольку при торможении будет отниматься энергия и потребуется дополнительная энергия, чтобы вернуться к скорости, вы получите лучший диапазон, просто никогда не замедляясь.
Но это явно непрактично. Поскольку нам нужно часто тормозить, рекуперативное торможение — следующая лучшая вещь. Это снижает эффективность торможения и просто делает процесс менее расточительным.
Насколько хорошо работает рекуперативное торможение?
Чтобы оценить рекуперативное торможение, нам действительно нужно посмотреть на два разных параметра: эффективность , эффективность и эффективность , .Несмотря на то, что они кажутся похожими, они совершенно разные. Эффективность означает, насколько хорошо рекуперативное торможение улавливает «потерянную» энергию при торможении. Он тратит много энергии в виде тепла или превращает всю кинетическую энергию обратно в накопленную? С другой стороны, эффективность относится к тому, насколько велико влияние рекуперативного торможения. Заметно ли это увеличивает ваш диапазон, или вы не заметите большой разницы?
КПД
Ни одна машина не может быть эффективна на 100% (без нарушения законов физики), так как любая передача энергии неизбежно приведет к потерям в виде тепла, света, шума и т. Д.Эффективность процесса рекуперативного торможения различается для многих транспортных средств, двигателей, аккумуляторов и контроллеров, но часто составляет около 60-70%. По словам Теслы, регенерация обычно теряет около 10-20% захваченной энергии, а затем автомобиль теряет еще 10-20% или около того при преобразовании этой энергии обратно в ускорение. Это довольно стандартно для большинства электромобилей, включая автомобили, грузовики, электрические велосипеды, электросамокаты и т. Д.
Имейте в виду, что эти 70% не означают, что рекуперативное торможение приведет к увеличению дальности на 70%.Это не увеличит ваш диапазон со 100 до 170 миль. Это просто означает, что 70% кинетической энергии, потерянной во время торможения , можно позже превратить обратно в ускорение.
Вот почему только сообщение об эффективности системы на самом деле не имеет большого значения. Кто-то может быть очень эффективным, когда работает, но если он работает только час в день, он, вероятно, не добьется многого. Что должно нас больше интересовать, так это эффективность рекуперативного торможения.
Эффективность
Здесь все становится по-настоящему интересным. Эффективность рекуперативного торможения — это мера того, насколько оно может увеличить вашу дистанцию. Увеличивает ли это ваш теоретический диапазон на 5%? 50% дальше? Даже больше?
Как вы, наверное, уже догадались, эффективность рекуперативного торможения значительно зависит от таких факторов, как условия движения, рельеф местности и размер автомобиля.
Условия вождения имеют большое значение.Вы увидите гораздо лучшую эффективность рекуперативного торможения в городском потоке с частыми остановками, чем при движении по шоссе. Это должно иметь смысл, как если бы вы неоднократно тормозили, вы возвращаете гораздо больше энергии, чем если бы вы просто ездили часами, не касаясь педали тормоза. Рельеф также играет здесь большую роль, поскольку движение в гору не дает большого шанса для торможения, но движение под уклон регенерирует гораздо большее количество энергии из-за длительных периодов торможения. На длинных спусках рекуперативное торможение можно использовать почти постоянно, чтобы регулировать скорость, непрерывно заряжая аккумулятор.
Размер транспортного средства может быть самым большим фактором эффективности рекуперативного торможения по той простой причине, что более тяжелые транспортные средства имеют гораздо больший импульс и кинетическую энергию. Так же, как большой маховик более эффективен, чем маленький маховик, четырехколесный электромобиль в движении имеет намного больше кинетической энергии, чем электрический велосипед или скутер.
Иногда бывает трудно найти данные для сравнения. Автомобили Tesla показывают мощность рекуперативного торможения, например 60 кВт при резком торможении, но это не отвечает на более интересный вопрос.Мы хотим знать, сколько энергии мы восстанавливаем за поездку, а не насколько сильны наши тормоза каждый раз, когда мы нажимаем на педаль.
К счастью, ряд водителей Tesla отправили данные о вкладе в энергию, используя различные приложения для отслеживания данных. Водители Model S сообщили о возвращении до 32% от общего потребления энергии при движении вверх, а затем обратно под гору. Это может эффективно увеличить запас хода автомобиля с 100 миль до 132 миль, например. Владелец модели S P85D сообщил о повторном использовании энергии примерно 28% (форум на датском языке), а другие сообщили о повторном использовании 15-20% от общего потребления энергии в среднем во время обычных поездок.
Данные приложения LinkMyTesla для водителя Tesla показывают, что примерно 30% энергии аккумулятора восстанавливается с помощью рекуперативного торможения.
Для небольших электромобилей, таких как личные электромобили, цифры не столь оптимистичны. На нескольких электровелосипедах с опциями рекуперативного торможения я обычно составлял в среднем около 4–5% регенерации, а в холмистой местности — максимум около 8%. Другие личные электромобили, в том числе электросамокаты и скейтборды, дают аналогичные результаты, обычно с меньшими однозначными числами.Опять же, имейте в виду, что это не чистая эффективность системы (например, сколько энергии торможения теряется при передаче энергии), а эффективность (например, насколько дальше увеличивается ваш диапазон за счет использования рекуперативного торможения). .
Как я уже упоминал выше, это во многом связано с меньшим весом личных электромобилей. Они просто не обладают большим импульсом и, следовательно, имеют меньше кинетической энергии, которая может быть преобразована обратно в батарею.
Имеет значение, насколько хорошо работает рекуперативное торможение?
В индустрии электровелосипедов рекуперативное торможение иногда может использоваться скорее как маркетинговый инструмент, чем как функция.Поскольку рекуперативное торможение обычно возможно только в электрических велосипедах с более крупными безредукторными двигателями, такие производители электронных велосипедов будут рекламировать эффективность своих моделей. В то же время производители электровелосипедов со средним приводом и другими мотор-редукторами, неспособными к рекуперативному торможению, сочтут его неэффективным и просто не стоящим.
Большинство электрических велосипедов со средним приводом не способны к рекуперации торможения
Дело в том, что для небольших и личных электромобилей рекуперативное торможение не так эффективно, как в электромобилях, но все же имеет множество преимуществ.
Одно из самых больших преимуществ рекуперативного торможения для небольших личных электромобилей — это дополнительное тормозное усилие. Некоторые PEV, такие как электросамокат Xiaomi M365, используют только рекуперативное торможение для переднего моторного колеса, полагаясь на традиционный дисковый тормоз для заднего колеса. Это означает, что у скутера есть два независимых тормоза и только один тормозной рычаг для их активации, что снижает стоимость, вес и сложность.
Регенеративное торможение также позволяет применять тормоза на электрических скейтбордах — подвиг, который ранее был достигнут благодаря функции переменного торможения подошвы вашей обуви на асфальте.С популярными электрическими скейтбордами, такими как Boosted Board, которые развивают скорость более 20 миль в час, электрическое торможение, осуществляемое с помощью регенерации, является очень желанной функцией безопасности.
Еще одно преимущество рекуперативного торможения — продление срока службы обычных тормозных деталей, таких как тросы и тормозные колодки. Их может раздражать обслуживание и замена, тем более, что электрические велосипеды и скутеры путешествуют намного дальше и быстрее, чем их неэлектрические собратья, и в противном случае тормозные колодки изнашивались бы намного быстрее.У одного из моих электровелосипедов нет регенерации из-за того, что у него есть мотор-редукторы, которые вращаются на обгонной муфте, и мне кажется, что я всегда настраиваю и регулирую тормоза. Однако на электровелосипедах с функцией рекуперации я обнаружил, что часто могу почти полностью полагаться на рекуперативное торможение, а это означает, что мои тормозные колодки практически не используются.
В конце концов, регенеративное торможение никогда не будет таким эффективным для небольших транспортных средств, как для больших, просто из-за физических свойств. Из-за этого отсутствие регенерации в электронных велосипедах и других PEV не является препятствием для сделки.Однако нельзя игнорировать преимущества рекуперативного торможения помимо простого возврата энергии. Эй, я возьму бесплатное увеличение диапазона на 5% в любой день!
FTC: Мы используем автоматические партнерские ссылки, приносящие доход. Подробнее.
Подпишитесь на Electrek на YouTube, чтобы смотреть эксклюзивные видео, и подписывайтесь на подкаст.
Рекуперативное торможение: что это такое и как работает?
Если вы хотите купить электрический или гибридный автомобиль, возможно, вы слышали о рекуперативном торможении.Но что означает этот термин, и каково управлять автомобилем с этой системой? Прочтите, чтобы узнать все, что вам нужно знать.
Когда вы нажимаете педаль тормоза бензинового или дизельного автомобиля, гидравлическая жидкость прижимает тормозные колодки к тормозным дискам на каждом колесе (или барабанам на старых и более дешевых моделях). Возникающее в результате трение замедляет автомобиль, выделяя тепло и в процессе износа материала на колодках и дисках.
Рекуперативное торможение — это способ использовать потерянную энергию в процессе замедления автомобиля и использовать ее для подзарядки автомобильных аккумуляторов.В обычном автомобиле при торможении просто тратится энергия, но при рекуперативном торможении часть энергии можно использовать повторно.
Регенеративные тормозные системы распространены на многих современных автомобилях. На бензиновых и дизельных моделях он используется для зарядки аккумулятора, от которого работают различные вспомогательные системы автомобиля, что означает меньшую нагрузку на двигатель и меньшее сжигание топлива. В этих автомобилях система практически незаметна для водителя, но в гибридных и чисто электрических автомобилях рекуперативное торможение играет более активную и очевидную роль.В этих моделях регенерация тормозов может помочь зарядить более крупные аккумуляторы, которые напрямую управляют автомобилем.
Как работает рекуперативное торможение?
Электродвигатель в вашем гибридном или электромобиле вращается в двух направлениях: одно для привода колес и движения автомобиля, а другое для подзарядки аккумулятора. Когда вы снимаете ногу с педали акселератора и нажимаете на тормоз, двигатель меняет направление и начинает возвращать энергию в аккумулятор.
Когда начинается этот процесс, вы можете почувствовать, как машина начинает тормозить.В каждом автомобиле с этой функцией возникают разные ощущения, потому что производители могут запрограммировать, сколько рекуперативного торможения происходит, когда вы отпускаете педаль.
Все автомобили по-прежнему имеют нормальные тормоза, поэтому, если вы нажмете на педаль достаточно сильно, сработает гидравлическая система, чтобы быстро остановить вас (в зависимости от вашей скорости). Опять же, разные автомобили будут иметь разное усилие на педали, необходимое для срабатывания тормозов.
На что похоже рекуперативное торможение?
Есть много автомобилей с рекуперативным торможением, и все они кажутся немного разными в использовании.Фактически, в большинстве электромобилей вы даже можете настроить их по своему вкусу.
Если вы хотите собрать как можно больше потерянной энергии, вы можете установить ее на максимальное значение, или, если вам не нравится ощущение самого торможения автомобиля, вы можете выключить его. В большинстве случаев стоп-сигналы автомобиля загораются, если автомобиль быстро замедляется, даже если вы даже не касаетесь педали тормоза.
В некоторых автомобилях даже есть автоматический круиз-контроль, использующий регенерацию тормозов.Автомобиль впереди контролируется датчиками, и регенерация тормоза используется для того, чтобы соответствовать скорости этого автомобиля на дороге.
Во многих электромобилях, когда вы полностью отпускаете педаль, создается ощущение, что вы твердо нажали ногой на тормоз. Это часто называют вождением с одной педалью, так как вам нужно управлять правой ногой, чтобы ускоряться и замедляться, а не переключать ее между педалями тормоза и акселератора.
В Nissan Leaf это называется электронной педалью, и ее можно включать и выключать с помощью кнопки на приборной панели.В Kia e-Niro за рулевым колесом расположены подрулевые лепестки, обеспечивающие четыре различных уровня регенерации.
Однако в других моделях регенеративная сила не очень велика. Это больше похоже на работу на высокой передаче и торможение двигателем для замедления в бензиновой или дизельной машине.
Регенеративное торможение обычно пагубно сказывается на ощущении педали тормоза, поэтому к нему нужно привыкнуть, особенно когда вы выясняете точку перехода между рекуперативным торможением и гидравлической тормозной системой.
Чтобы узнать о лучших электромобилях, которые можно купить сейчас, нажмите здесь …
Как работает рекуперативное торможение | HowStuffWorks
Каждый раз, когда вы нажимаете на тормоз автомобиля, вы тратите энергию впустую. Физика говорит нам, что энергию нельзя уничтожить. Поэтому, когда ваш автомобиль замедляется, кинетическая энергия, которая толкала его вперед, должна куда-то уйти. Большая его часть просто рассеивается в виде тепла и становится бесполезной. Та энергия, которую можно было бы использовать для работы, по сути тратится впустую.
Есть ли что-нибудь, что вы, водитель, можете сделать, чтобы перестать тратить эту энергию впустую? Не совсем. В большинстве автомобилей это неизбежный побочный продукт торможения, и вы не сможете водить машину, не нажимая иногда на тормоза. Но автомобильные инженеры много думали об этой проблеме и придумали своего рода тормозную систему, которая может вернуть большую часть кинетической энергии автомобиля и преобразовать ее в электричество, чтобы ее можно было использовать для подзарядки автомобильных аккумуляторов. Эта система называется рекуперативным торможением.
В настоящее время такие тормоза используются в основном в гибридных автомобилях, таких как Toyota Prius, и в полностью электрических автомобилях, таких как Tesla Roadster. В таких транспортных средствах очень важно поддерживать заряд аккумулятора. Однако технология была впервые использована в троллейбусах и впоследствии нашла свое применение в таких маловероятных местах, как электрические велосипеды и даже гоночные автомобили Формулы-1.
В традиционной тормозной системе тормозные колодки создают трение с роторами тормозов, замедляя или останавливая автомобиль.Дополнительное трение возникает между тормозящимися колесами и поверхностью дороги. Это трение превращает кинетическую энергию автомобиля в тепло. С другой стороны, с рекуперативными тормозами система, которая приводит в движение автомобиль, выполняет большую часть торможения. Когда водитель нажимает на педаль тормоза электрического или гибридного транспортного средства, эти типы тормозов переводят электродвигатель транспортного средства в режим заднего хода, заставляя его вращаться назад, тем самым замедляя колеса автомобиля. При движении назад двигатель также действует как электрогенератор, вырабатывая электричество, которое затем подается в аккумуляторные батареи автомобиля.Эти типы тормозов работают лучше на определенных скоростях, чем на других. Фактически, они наиболее эффективны в ситуациях, когда за рулем постоянно возникают остановки. Однако гибриды и полностью электрические автомобили также имеют фрикционные тормоза как своего рода резервную систему в ситуациях, когда рекуперативное торможение просто не обеспечивает достаточного тормозного усилия. В этих случаях водителям важно осознавать тот факт, что педаль тормоза может по-разному реагировать на давление. Иногда педаль нажимается дальше к полу, чем обычно, и это ощущение может вызвать кратковременную панику у водителей.
На следующих страницах мы более подробно рассмотрим, как работает система рекуперативного торможения, и обсудим причины, по которым рекуперативное торможение более эффективно, чем обычная система фрикционного тормоза.
Объяснение рекуперативного торможения | Delphi Auto Parts
Одним из преимуществ гибридных и электрических транспортных средств (HEV) является их способность рекуперировать энергию торможения, также известную как рекуперативное торможение. Здесь мы объясняем, как работает эта энергоэффективная система? И что это значит, когда дело доходит до их обслуживания?
Что такое рекуперативное торможение?
Вернитесь мысленно к школьным урокам естествознания, и вы, возможно, вспомните, что энергия не может быть создана или уничтожена — она может только переходить из одной формы в другую.То же самое и с торможением. Чтобы машина остановилась, кинетическая энергия, накопленная во время движения, должна куда-то уйти. В традиционной гидравлической тормозной системе это означает использование трения между тормозной колодкой и диском или барабаном и колодкой для преобразования кинетической энергии транспортного средства в тепло. Затем тепло рассеивается в атмосферу, и автомобиль замедляется.
В гибридных и электрических автомобилях с рекуперативным торможением эта энергия используется гораздо лучше. Вместо того, чтобы просто выпускать его в воздух, автомобиль превращает его в электрическую энергию, которая хранится в аккумуляторных батареях автомобиля.Накопленная энергия не только помогает остановить автомобиль, но и обеспечивает электричеством электродвигатель для будущего движения, повышая его эффективность.
Как работает рекуперативное торможение?
При управлении транспортным средством с системой рекуперативного торможения электродвигатель получает энергию от аккумулятора для поворота колес, создавая кинетическую энергию, необходимую для движения. Однако при торможении процесс переключается в реверсивный режим. Теперь кинетическая энергия, которая изначально использовалась для приведения в движение транспортного средства, заставляет колеса вращать электродвигатель, превращая его в своего рода генератор.Вместо того, чтобы потреблять электричество, двигатель / генератор начинает его вырабатывать, используя кинетическую энергию транспортного средства. Затем электрическая энергия накапливается в высоковольтной батарее, где снова используется для приведения в движение транспортного средства. Поскольку рекуперативное торможение преобразует кинетическую энергию автомобиля в электричество, оно также может замедлять его, так же, как гидравлические тормоза делают с трением.
Оборудован ли HEVS гидравлической тормозной системой?
В большинстве случаев электродвигатель / генератор обеспечивает достаточную тормозную мощность для замедления транспортного средства.Тем не менее, когда он движется на высоких или очень низких скоростях, неподвижен или аккумулятор полностью заряжен, слишком горячий или слишком холодный, электродвигатель не может самостоятельно обеспечивать достаточный тормозной момент и ему потребуется поддержка гидравлической тормозной системы. Насколько во многом будет зависеть от автомобиля. Например, на Toyota Prius более раннего поколения (2001-2004 гг.) Гидравлические тормоза не используются до тех пор, пока скорость транспортного средства не будет ниже семи миль в час, за исключением жестких остановок.
Что это значит для службы тормозов?
Поскольку гидравлические тормоза по сути являются резервной системой, они используются реже и теоретически должны прослужить дольше.Однако в реальности все может быть иначе — при меньшем использовании ржавчина и загрязнения могут быстро накапливаться, влияя как на поверхность трения диска, так и на крепление колодки, а также на пальцы поршня / ползуна суппорта. Итак, ключевые тормозные компоненты по-прежнему изнашиваются — только по-другому.
В качестве примера возьмем держатель суппорта. Из-за коррозии из-за того, что тормоза не используются, тормозные колодки могут быть не в состоянии полностью отодвинуться от диска, вызывая ускоренный неравномерный износ. В качестве альтернативы, и в зависимости от того, где находится коррозия, колодки могут не контактировать с диском должным образом.Таким образом, любая коррозия на фрикционной поверхности диска не может быть удалена полностью, что также приводит к появлению точечной коррозии дискового тормоза.
Конечно, возраст, условия вождения и факторы окружающей среды, такие как вода, солевой туман и перепады температуры, будут вызывать износ компонентов системы. Как и на любом другом автомобиле. Таким образом, по-прежнему рекомендуется проводить регулярные профилактические проверки всей тормозной системы, будь то гибридный автомобиль, электрический автомобиль или автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, — просто не забывайте соблюдать меры безопасности, указанные в руководстве производителя транспортного средства.
Чтобы узнать о сложном программном обеспечении и системах силовых установок, посетите нашу страницу категории «Силовая электроника».
Рекуперативное торможение — Energy Education
Рисунок 1. Рекуперативный тормоз. [1]Регенеративные тормозные системы (RBS) — это тип системы рекуперации кинетической энергии, которая преобразует кинетическую энергию движущегося объекта в потенциальную или накопленную энергию для замедления транспортного средства и, как следствие, увеличивает топливную эффективность. [2] Эти системы также называют системами рекуперации кинетической энергии. Существует несколько методов преобразования энергии в RBS, включая пружину, маховик, электромагнитный и гидравлический. Совсем недавно появилась гибридная RBS с электромагнитным маховиком. Каждый тип RBS использует свой метод преобразования или хранения энергии, что дает различную эффективность и различные приложения для каждого типа.
RBS устанавливаются вдоль трансмиссии или прикрепляются к ведущим колесам транспортного средства, где они препятствуют движению колес с помощью магнитных полей или механического крутящего момента.Эти методы запрета движения позволяют генерировать энергию при торможении, в отличие от фрикционных тормозов, которые просто тратят энергию на замедление транспортного средства, превращая кинетическую энергию в тепловую. Из-за максимальной скорости зарядки механизмов накопления энергии тормозное усилие от RBS ограничено. Следовательно, для обеспечения безопасной эксплуатации транспортного средства, когда необходимо резкое торможение, требуется традиционная фрикционная тормозная система. RBS может снизить расход топлива и снизить общую тормозную нагрузку на фрикционные тормоза транспортных средств, уменьшая износ тормозных колодок. [3]
RBS используются почти во всех электромобилях и гибридных электромобилях. Кроме того, в общественном транспорте, таком как автобусы и сверхскоростные экспрессы, используются RBS, чтобы уменьшить воздействие транспортного парка на окружающую среду и сэкономить деньги. [4]
История
Идея тормоза, который мог бы брать кинетическую энергию, которую он поглощает, и превращать ее в потенциальную энергию для дальнейшего использования, возникла с конца 1800-х годов. Некоторые из первых попыток этой технологии заключались в установке RBS пружинного типа на переднеприводные велосипеды или гужевые кабины. [5] [6]
На железной дороге Баку-Тбилиси-Батуми система RBS начала применяться в начале 1930-х годов. Это один из примеров раннего использования этой технологии в железнодорожной системе. [6]
В 1950-х годах швейцарская компания Oerlikon разработала автожир, в котором в качестве накопителя энергии использовался маховик. Эффекты гироскопического движения на автобусе вскоре привели к его прекращению. [7]
В 1967 году Американская автомобильная компания (AMC) создала тормоз с рекуперацией электроэнергии для своего концептуального электромобиля AMC Amitron.Toyota была первым производителем автомобилей, который коммерциализировал технологию RBS в своих гибридных автомобилях серии Prius. [6]
С тех пор RBS эволюционировали для использования почти во всех электрических и гибридных автомобилях, а также в некоторых транспортных средствах, работающих на газе.
Способы преобразования и хранения энергии
Существует несколько методов преобразования энергии в RBS, включая пружину, маховик, электромагнитный и гидравлический. Совсем недавно появилась гибридная RBS с электромагнитным маховиком.Каждый тип RBS использует свой метод преобразования или хранения энергии, что дает различную эффективность и различные приложения для каждого типа. В настоящее время наиболее распространенным типом является электромагнитная система. [8]
Электромагнитный
В электромагнитной системе приводной вал транспортных средств соединен с электрическим генератором, который использует магнитные поля для ограничения вращения приводного вала, замедляя транспортное средство и генерируя электричество. В случае электромобилей и гибридных автомобилей вырабатываемая электроэнергия отправляется в аккумуляторы, обеспечивая их подзарядку.В транспортных средствах, работающих на газе, электричество можно использовать для питания электроники автомобиля или направить в аккумулятор, где позже оно может быть использовано для придания автомобилю дополнительной мощности. Этот метод в настоящее время используется в некоторых гоночных автомобилях Le Mans Prototype. [9]
Маховик
В RBS с маховиком система собирает кинетическую энергию транспортного средства для вращения маховика, который соединен с приводным валом через трансмиссию и коробку передач. Вращающийся маховик затем может передавать крутящий момент на приводной вал, давая автомобилю прирост мощности.
Маховик электромагнитный
Электро рекуперативный тормоз маховика — это гибридная модель электромагнитного тормоза и тормозов маховика. Он разделяет основные методы производства электроэнергии с электромагнитной системой; однако энергия накапливается в маховике, а не в батареях. В этом смысле маховик служит механической батареей, в которой можно накапливать и восстанавливать электрическую энергию. [10] Из-за долговечности батарей с маховиком по сравнению с литий-ионными батареями, RBS с электрическим маховиком является более экономичным способом хранения электроэнергии. [11]
Пружина
Подпружиненная система рекуперативного торможения обычно используется на транспортных средствах с приводом от человека, таких как велосипеды или инвалидные коляски. В пружине RBS спираль или пружина наматываются на конус во время торможения для хранения энергии в виде упругого потенциала. Затем можно вернуть потенциал, чтобы помочь водителю при движении в гору или по пересеченной местности. [12]
Гидравлический
Гидравлический RBS замедляет транспортное средство, вырабатывая электричество, которое затем используется для сжатия жидкости.В качестве рабочего тела часто выбирают газообразный азот. Гидравлические RBS обладают самой продолжительной способностью аккумулировать энергию среди всех систем, поскольку сжатая жидкость не рассеивает энергию с течением времени. Однако сжатие газа с помощью насоса — медленный процесс, который сильно ограничивает мощность гидравлического RBS.
Приложения
Гибридные и электрические автомобили
В современных гибридных и электрических автомобилях используется электрический двигатель для приведения в движение автомобиля, что делает применение рекуперативного торможения очень простым и эффективным.В подавляющем большинстве этих автомобилей трансмиссия настроена таким образом, что, когда водитель нажимает на тормоза, электродвигатель меняет направление и прикладывает сопротивление к колесам, а не мощность. Затем сопротивление, приложенное к колесам, передается через электродвигатель, где оно используется для зарядки аккумуляторов.
В высокопроизводительных электромобилях улучшение ощущения от автомобиля очень важно для производителей автомобилей. Многие клиенты поддерживают электрические суперкары, но против их покупки из-за отсутствия ощущения высокой производительности.Одним из важных аспектов этого ощущения является торможение двигателем. В стандартном двигателе внутреннего сгорания, когда мощность не подается на двигатель, естественное трение внутри двигателя работает, чтобы замедлить транспортное средство. В электромобилях эта сила трения не действует; однако автомобильные компании, такие как Mercedes и Porsche, начали использовать системы рекуперативного торможения, чтобы дать водителю ощущение автомобиля с газовым двигателем, одновременно восстанавливая энергию для аккумуляторов. [13]
Автогонки
В 2009 году Формула 1 (распространенный тип гоночных автомобилей) представила систему рекуперативного торможения, называемую системой рекуперации кинетической энергии (KERS).Поначалу внедрение системы происходило медленно, и в сезоне 2010 года ни одна из команд не использовала ее; однако усовершенствования системы в сезоне 2011 года сделали ее чрезвычайно полезной для автомобилей, и почти все команды приняли ту или иную форму системы. В автомобилях Формулы-1 для хранения энергии при торможении используется система с четырьмя маховиками или электрогенератор. Эта накопленная энергия затем может быть использована водителем, нажав кнопку на рулевом колесе. FIA ограничивает использование до 6,67 секунды на круг, в течение которых система дает машине дополнительные 81 л.с. [14]
Ограничения
Из-за максимальной скорости перезарядки цепи и емкости аккумулятора тормозное усилие от RBS электромагнитного типа всегда ограничено. Следовательно, для преобразования избыточной энергии транспортного средства требуется традиционная фрикционная тормозная система. Фрикционный тормоз также может предотвратить потерю тормозной способности в случае отказа RBS.
RBS можно устанавливать только на ведущие колеса, поскольку для рекуперации энергии требуется приводной механизм.Отработанное тепло существенно не уменьшается, если автомобиль не является полноприводной.
Добавление RBS к транспортному средству означает увеличение его снаряженной массы. Хотя RBS может улучшить экономию топлива в условиях движения «старт-стоп», это может отрицательно сказаться на расходе топлива во время движения по шоссе.
Конструкция RBS включает в себя различные датчики и блоки логического управления для настройки работы RBS.
Не следует пренебрегать вопросами надежности этих электрических частей. [15]
Для дальнейшего чтения
Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:
Артикул
- ↑ Wikimedia Commons. (3 октября 2015 г.). Flybird Systems KERS [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Flybrid_Systems_Kinetic_Energy_Recovery_System.jpg
- ↑ М. Боди и К. Маджид, «Метод рекуперативного торможения», 5,707,1151998.
- ↑ Роберт Бош ГмбХ, «Регенеративное торможение Активная безопасность — Регенеративные тормозные системы», Bosch Automotive Technology.[В сети]. Доступно: http://www.bosch-automotivetechnology.com/en/de/component/SF_PC_AS_Regenerative-Braking-Systems_SF_PC_Active-Safety_2575.html. [Доступ: 27 октября 2013 г.].
- ↑ R. Chicurel, «Компромиссное решение для рекуперации энергии при торможении транспортного средства», Energy, vol. 24, вып. 12. С. 1029–1034, январь 1999 г.
- ↑ Б. РИДЕР, «Регенеративная тормозная система для велосипедов», 2340641880.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 У. Кларк II и Г. Кук, Глобальные энергетические инновации: почему Америка должна лидировать.Praeger, 2011.
- ↑ Дж. Хэмпл, «Концепция автобуса с механическим приводом», Пер. Трансп. Sci., Т. 6, вып. 1. С. 27–38, январь 2013 г.
- ↑ П. Кларк, Т. Мунир и К. Куллинейн, «Снижение выбросов от транспортных средств с помощью рекуперативного торможения», Transp. Res. Часть D Пр. Environ., Т. 15, вып. 3. С. 160–167, май 2010 г.
- ↑ «Обзор дорожного тестового автомобиля с приводом от Mercedes-Benz SLS Electric Drive — BBC Top Gear — BBC Top Gear». [В сети]. Доступно: http://www.topgear.com/uk/mercedes-benz/sls/road-test/electric-drive-driven.[Доступ: 2 декабря 2013 г.].
- ↑ Б. Болунд, Х. Бернхофф и М. Лейон, «Энергия с маховиком и системы аккумулирования энергии», Renew. Поддерживать. Energy Rev., т. 11, вып. 2. С. 235–258, февраль 2007 г.
- ↑ Дж. Ли, Э. Мерфи, Дж. Винник и П. Коль, «Исследования продолжительности цикла коммерческих литий-ионных аккумуляторов во время быстрого цикла заряда-разряда», J. Power Sources, vol. 102, нет. 1–2, стр. 294–301, декабрь 2001 г.
- ↑ С. Дж. Клегг, «Обзор систем рекуперативного торможения», Лидс, Англия.econ.kuleuven.be, 1996.
- ↑ Обзор полной дорожной тестовой машины с приводом от Mercedes-Benz SLS Electric Drive — BBC Top Gear — BBC Top Gear. (нет данных). Получено с http://www.topgear.com/uk/mercedes-benz/sls/road-test/electric-drive-driven.
- ↑ Formula 1® — Официальный веб-сайт F1®. (нет данных). Получено с http://www.formula1.com/inside_f1/understanding_the_sport/8763.html
- ↑ Дж. Ан, К. Юнг, Д. Ким и Х. Джин, «Анализ системы рекуперативного торможения для гибридных электромобилей с использованием электромеханического тормоза», Int.J.…, т. 10, вып. 2. С. 229–235, 2009.