Рекуперативный тормоз: Рекуперативное торможение в электромобилях: что это и как работает

Содержание

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!

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. В таких автомобилях тормоза основаны исключительно на трении, поэтому при замедлении вся энергия превращается в тепло, а значит уходит в никуда, просто теряется в окружающей среде.

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

в машинах VW — Volkswagen)

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. Поскольку технология, как правило, возможна только в электрических байках с более крупными безредукторными двигателями, то производители таких велосипедов будут обязательно использовать столь эффективную разработку в своих моделях. В то же время компании, выпускающие байки со среднеразмерными приводами и другими редукторными моторами, которые не приспособлены к регенеративному торможению, относят технологию в разряд неэффективных и просто не ставят.

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. Однако преимущества использования этой разработки, без учета простого перехвата мощностей, нельзя игнорировать. И эй, вы будете получать бесплатный 5%-ный рост диапазона каждый день!

О некоторых особенностях системы рекуперативного торможения

Одним из преимуществ гибридных и электромобилей (HEV) является их способность рекуперировать энергию торможения благодаря наличию системы рекуперативного торможения. В этой статье мы объясним, как работает эта энергосберегающая система. А также затронем особенности ее технического обслуживания.

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.
    
 

Рекуперативный тормоз для электромобилей и гибридов

Создано 26.02.2010 13:28
Автор: Александр Компанеец

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

 

Что такое рекуперация торможения в электромобилях

Автор: Евгений Живоглядов.
Дата публикации: .
Категория: Автотехника.

Тормоза являются очень важной частью любого автомобиля. От их исправной работы во многом зависит безопасность движения. Однако, редко кто из водителей задумывался, насколько много энергии расходуется «впустую» при торможении. От трения тормозных колодок о диски выделяется значительное количество тепла, которое просто уходит на обогрев окружающего воздуха. А что если эту энергию аккумулировать и использовать повторно? Все возможно и процесс этот называется рекуперацией (то есть, частичный возврат энергии). Такие системы уже довольно давно устанавливают при производстве «гибридов» и электромобилей. В нашей обзорной статье мы постараемся кратко рассказать о разнообразных способах рекуперации.

Разновидности систем рекуперации энергии

По способу возврата энергии торможения различают три основных разновидности таких систем:

  • электрические;
  • механические;
  • гидравлические.

Первые в настоящее время достаточно широко применяют на обычных легковых автомобилях (в основном, гибридных и электрических). Вторые используют только для спортивных болидов. Третьи в последнее время находят применение на большегрузных коммерческих грузовиках и городских автобусах.

Система рекуперации на «гибридах» и электромобилях

На данных автомобилях устанавливают электрические системы возврата энергии. Как это работает? Сначала немного теории. Любой электродвигатель постоянного тока при подаче на него напряжения начинает вращаться и работать как мотор. Если же раскрутить его вал механическим способом, то на клеммах вырабатывается напряжение. То есть, электромотор может выполнять одновременно две функции: в первом случае двигателя, а во втором генератора. Этот принцип и лег в основу электрических систем рекуперации энергии, который с успехом реализуют на электро- и гибридных автомобилях. Ведь и те и другие изначально оборудованы электродвигателями, которые довольно просто перевести в режим генератора. Принцип работы таких систем достаточно прост:

  • При наборе скорости (то есть при нажатии на педаль газа) электродвигатель питается от аккумуляторной батареи и передает через трансмиссию вращательный момент на колеса автомобиля.
  • В момент торможения встроенная электроника переключает его в режим генератора.
  • Усилие, необходимое для его «раскручивания» замедляет вращение трансмиссии и способствует процессу остановки транспортного средства.
  • Вырабатываемое мотором/генератором напряжение через специальный контроллер подзаряжает аккумуляторную батарею. То есть, часть энергии удается возвратить для ее последующего использования.

Важно! Естественно, при экстренном торможении рекуперативная система не может резко остановить автомобиль. Вследствие этого полностью отказываться от привычных конвекционных тормозов нельзя. Поэтому в зависимости от степени нажатия на педаль тормоза встроенный компьютер «принимает решение» и подключает в помощь к рекуперативному торможению стандартную тормозную систему автомобиля.

Достоинствами применения электрических систем рекуперации энергии являются:

  • для электромобилей – увеличение автономности без очередной подзарядки аккумуляторных батарей;
  • для гибридных транспортных средств – снижение расхода топлива.

Система рекуперации на автомобилях со «Старт-Стопом»

Любому автомобилисту известно, что при запуске двигателя происходит наибольший расход энергии аккумулятора. Транспортные средства, оборудованные системой «Старт-Стоп», отличаются тем, что после каждой остановки мотор автоматически глушится и потом при возобновлении движения заводится. То есть, батарея быстро теряет свою емкость и «требует» подзарядки. А времени, чтобы это сделать (с помощью штатного генератора) в условиях коротких пробегов и частых остановок на светофорах и в пробках, может просто не хватить. И вот тут электрическая система рекуперации смогла бы обеспечить дополнительный заряд аккумулятора. Существенным минусом ее применения на автомобилях «Старт-Стоп» является удорожание самого транспортного средства за счет установки специального генератора (подключаемого непосредственно к трансмиссии в момент торможения) и усложнение всей электронной «начинки».

SMART системы рекуперации

Как работает эта так называемая «умная» система? При разгоне транспортного средства, когда двигатель испытывает повышенные нагрузки, происходит отключение штатного генератора. Это позволяет мотору быстрее набрать обороты и израсходовать меньше топлива. При торможении генератор включается в работу и происходит рекуперация энергии. В процессе движения электроника «отслеживает» величину емкости батареи. При ее уменьшении (до 75% от номинальной) автоматически включает генератор, чтобы произвести подзарядку аккумулятора.

Система рекуперации с накопительным конденсатором

Период торможения автомобиля длится достаточно короткое время. Поэтому из-за технологических особенностей устройства современных аккумуляторных батарей (а вернее химических процессов, происходящих при их подзарядке) сохранить большое количество энергии в них довольно трудно. Компания Mazda разработала систему рекуперации с использованием накопительного конденсатора. В процессе торможения специальный генератор с напряжением 12÷25 В за короткий отрезок времени заряжает емкость. Далее накопленная энергия через конвертор (DC/DC) преобразуется в привычные 12 В и поступает либо на различные потребители (кондиционер, CD-плейер и так далее), либо подзаряжает штатную аккумуляторную батарею. По утверждению производителя экономия топлива составляет не менее 10%.

Механическая рекуперация

Механический способ рекуперации кинетической энергии:

  • В момент торможения специальный маховик, установленный в заполненном вакуумом кожухе (для снижения потерь от трения), раскручивается до значительных оборотов (50000÷70000 об/мин).
  • При старте энергия от вращающегося маховика передается на колеса автомобиля в течение нескольких секунд и «помогает» двигателю «разогнать» авто до нужной скорости. Это приводит к тому, что в момент трогания с места автомобиль получает дополнительные 70÷80 лс мощности.

Для информации! Экспериментальный прототип Volvo S60 с карбоновым маховиком Ø=20 см и весом всего 6 кг) разгонялся до скорости в 100 км/час всего за 5,5 сек. При испытаниях в так называемом городском цикле (с большим количеством остановок) экономия топлива составила 25% (по сравнению с базовой комплектацией).

В настоящее время такой вид рекуперации энергии нашел свое практическое применение только в болидах Формулы-1, а также в эксклюзивных моделях от Porsche и Ferrari. Но инженеры-автомобилестроители считают, что в будущем такие системы могут быть установлены и на обычных городских легковых автомобилях.

Гидравлическая система рекуперации

Автомобиль с гидравлической системой рекуперации энергии оборудован специальным мотором-помпой и двумя гидро аккумуляторами (низкого и высокого давления). Принцип работы:

  • При нажатии на педаль тормоза помпа подключается к трансмиссии автомобиля и перекачивает жидкость из гидро аккумулятора низкого давления в баллон, заполненный газообразным азотом (который является своего рода накопителем энергии). Газ при этом сжимается и давление в емкости повышается. Усилие, необходимое для работы помпы замедляет движение автомобиля и «помогает» его остановить.
  • До тех пор, пока водитель снова не нажмет на педаль газа, жидкость остается под давлением в аккумуляторе. После этого она поступает в мотор-помпу и передает (через трансмиссию) сохраненную энергию на колеса автомобиля.

Разработчики утверждают, что использование таких систем рекуперации позволяет «вернуть» в автомобиль до 80% энергии, обычно затрачиваемой «впустую» при торможении. Однако значительные размеры и вес дополнительного оборудования, которое необходимо установить на автомобиль для реализации такой системы рекуперативного торможения, ограничивают ее применение. Поэтому в настоящее время ее используют только на большегрузных транспортных средствах и общественном городском транспорте, работающим в режиме частых остановок и возобновления движения.

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!

Регенеративный тормоз — электросамокат

Умереть Регенеративный тормоз или Рекуперационный тормоз восстанавливает кинетическую энергию в виде электрической энергии при торможении транспортного средства. Он используется, например, в электровозах, железнодорожных вагонах, троллейбусах, конвейерных лентах в горных и канатных дорогах, в частности, в канатных дорогах для перевозки руды и материалов, электромобилях, гибридных электромобилях и вагонах внутреннего сгорания с накопителем энергии и электрических велосипедах.

Рекуперативный тормоз работает как любой электродинамический тормоз без износа. Эффект торможения возникает, когда тяговые двигатели работают как электрические генераторы. Такой рекуперативный тормоз представляет собой особую форму электродвигательного тормоза. В отличие от чисто резистивного тормоза, электрическая энергия, восстановленная из кинетической энергии, не преобразуется в тепло в тормозных резисторах, а либо возвращается в контактную сеть, либо сохраняется в запоминающем устройстве в транспортном средстве, например, в аккумуляторе или высокоэффективном конденсаторе.

Железнодорожные транспортные средства

Электропривод

Даже на заре электрических железных дорог некоторые локомотивы были оснащены рекуперативными тормозами, например SBB Ce 6/8 «Crocodile». При торможении тяговые двигатели переключаются на генераторы. В обычных локомотивах переменного тока и нескольких агрегатах произведенная электроэнергия возвращается в трансформатор через сложные цепи и подается в контактную сеть. С помощью этой технологии первоначально можно было восстановить только около пяти процентов использованной энергии, а тормозное усилие также было слабым и неравномерным.

Современные автомобили, оснащенные преобразователями тяги, могут лучше использовать энергию торможения. Тяговые двигатели локомотива питают преобразователи трехфазным током. Они, в свою очередь, преобразуют энергию в переменный ток, который повышается и подается в контактную линию. Эта схема работает во всем диапазоне скоростей вплоть до полной мощности тяговых двигателей и позволяет восстанавливать от 25 до 30 процентов энергии, необходимой для привода. Современные системы могут восстанавливать до 40% энергии, необходимой для ускорения.

В трехфазных железнодорожных системах, особенно в северной итальянской сети примерно с 1902 по 1976 год, а также на некоторых горных железных дорогах, таких как Горнерграт возле Церматта, значительно более высокий выигрыш от обратной связи (около 50%) был достигнут благодаря очень надежному тормозному усилию с простыми асинхронными двигателями (см. Историю электрического привода рельсовых транспортных средств (Италия) )).

Сети воздушных линий переменного тока обычно всегда могут поглощать электроэнергию, производимую тяговыми транспортными средствами, поскольку они могут быть возвращены, и электричество может использоваться во всей сети тягового тока (только в случае серьезных дальнейших сбоев могут возникнуть перегрузки и, следовательно, сбой питания, например, в Швейцарии на 22 июня 2005 г.). Если они не могут быть поданы обратно в национальную сеть, сети постоянного тока могут поглощать только в ограниченной степени; тогда подведенное электричество можно будет использовать только на месте. Если в той же секции питания нет потребителя, например, транспортного средства, движущегося в гору, то тормозной ток также не может подаваться. В противном случае недопустимое повышение напряжения в воздушной линии. Чтобы обеспечить промежуточное хранение электроэнергии в сетях постоянного тока, проводятся эксперименты, например, с маховиками (Ганноверская трамвайная сеть) или суперконденсаторами (Варшавский трамвай). Современные мультисистемные локомотивы постоянного и постоянного тока имеют тормозные резисторы, поэтому неизнашиваемые электрические тормоза также могут использоваться в ситуациях, когда электрическая энергия не может быть возвращена.

Трамвайные поезда могут быть оснащены конденсаторами (двухслойными конденсаторами), которые накапливают энергию торможения на борту, чтобы использовать ее при следующем запуске транспортного средства. Существует также возможность установки конденсаторных станций на линиях, чтобы иметь возможность поглощать энергию.

Дорожная техника

Автомобили с электрическим, гибридным или гироскопическим приводом обычно способны к рекуперативному торможению. Они возвращают энергию торможения в свои аккумуляторы, аккумуляторы, буферизирующие суперконденсаторы, или в маховик.

Электрические велосипеды также иногда могут использовать рекуперативное торможение.

В 2007 году BMW представила рекуперацию энергии торможения для многих своих бензиновых и дизельных автомобилей под заголовком Efficient Dynamics. Это не вопрос восстановления в строгом смысле этого слова, скорее, бортовой аккумулятор заряжается, насколько это возможно, только при выбеге автомобиля (моторный тормоз). Это снижает потребление энергии генератором и, следовательно, расход топлива во время путешествия. Технически это реализуется путем активного изменения напряжения генератора: когда аккумулятор заряжается выше определенного порогового значения, бортовое напряжение регулируется от 13,0 до 13,2 вольт. Зарядный ток АКБ снижен до минимума. В режиме разгона и при низком заряде аккумулятора бортовое напряжение увеличивается до 14,8 вольт. В ходе испытания с аккумулятором, заряженным примерно на 80%, в зависимости от напряжения можно было измерить следующие токи зарядки: 13 В — 5 А, 13,2 В — 10 А, 14 В — 20 А и 14,8 В — 30 А. Это означает, что в типичных рабочих условиях рекуперация происходит при мощности до 500 Вт. Известные из рекламы утверждения, такие как «генератор переменного тока работает только тогда, когда водитель тормозит или снимает педаль акселератора» или «генератор переменного тока отключается при ускорении», неприменимы; Напряжение бортовой сети стабилизируется на уровне не менее 13,0–13,2 В вскоре после запуска двигателя и лишь незначительно падает в течение короткого времени при включении более крупных потребителей.

Автомобильная гонка

Вариант рекуперативного торможения, так называемая система рекуперации кинетической энергии, используется в Формуле 1 с сезона 2009 года. В гоночном автомобиле 911 GT3 R Hybrid (2010 г.) компания Porsche установила рекуперативный тормоз, в котором вырабатываемая энергия поступает в накопитель на маховике.

Рекуперативное торможение: что это такое и как оно работает?

Если вы заинтересованы в покупке электрического или гибридного автомобиля, возможно, вы слышали о рекуперативном торможении. Но что означает этот термин и каково управлять автомобилем с этой системой? Читайте дальше, чтобы узнать все, что вам нужно знать.

Когда вы нажимаете на педаль тормоза автомобиля с бензиновым или дизельным двигателем, гидравлическая жидкость прижимает тормозные колодки к тормозным дискам на каждом колесе (или к барабанам на более старых и дешевых моделях). Возникающее в результате трение замедляет автомобиль, выделяя тепло и изнашивая материал на колодках и дисках.

Рекуперативное торможение — это способ использования энергии, потраченной впустую в процессе замедления автомобиля, для подзарядки автомобильных аккумуляторов. В обычном автомобиле торможение просто тратит энергию впустую, но при рекуперативном торможении часть энергии можно использовать повторно.

Системы рекуперативного торможения распространены на многих современных автомобилях. На бензиновых и дизельных моделях он используется для зарядки аккумулятора, который управляет различными вспомогательными системами автомобиля, что означает меньшую работу двигателя 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, непосредственно приводящие в движение автомобиль.

Как работает рекуперативное торможение?

Электродвигатель вашего гибридного или электрического автомобиля работает в двух направлениях: одно для привода колес и движения автомобиля, а другое для подзарядки аккумулятора. Когда вы поднимаете ногу с педали акселератора и нажимаете на тормоз, двигатель меняет направление и начинает возвращать энергию в аккумулятор.

Когда этот процесс начинается, вы можете почувствовать, как машина начинает замедляться. В каждом автомобиле с этой функцией возникают разные ощущения, потому что производители могут запрограммировать степень рекуперативного торможения, когда вы отпускаете педаль.

Все автомобили имеют нормальные тормоза, поэтому, если вы нажмете на педаль достаточно сильно, гидравлическая система сработает, чтобы быстро остановить вас (в зависимости от вашей скорости). Опять же, у разных автомобилей будет разное усилие на педаль, необходимое для срабатывания тормозов.

На что похоже рекуперативное торможение?

Есть много автомобилей с рекуперативным торможением, и все они немного отличаются в использовании. На самом деле, в большинстве электромобилей вы даже можете настроить ощущения по своему вкусу.

Если вы хотите собрать как можно больше потерянной энергии, вы можете установить максимальное значение, или если вы ненавидите ощущение торможения автомобиля, вы можете отключить его. В большинстве случаев стоп-сигналы автомобиля включаются, если автомобиль резко замедляется, даже если вы даже не касаетесь педали тормоза.

В некоторых автомобилях даже есть автоматический круиз-контроль, использующий регенерацию тормозов. Автомобиль впереди контролируется датчиками, а рекуперация тормозов используется для соответствия скорости автомобиля на дороге.

Во многих электромобилях, когда вы полностью отпускаете педаль, создается впечатление, что вы твердо держите ногу на тормозе. Это часто называют вождением одной педалью, так как вам нужно модулировать правую ногу, чтобы ускоряться и замедляться, а не переключать ее между педалями тормоза и акселератора.

В Nissan Leaf это называется e-Pedal, и его можно включать и выключать с помощью кнопки на приборной панели. В Kia e-Niro за рулевым колесом есть лепестки, которые обеспечивают четыре различных уровня регенерации.

Однако в других моделях регенеративная сила не очень велика. Это больше похоже на то, что вы находитесь на высокой передаче и используете торможение двигателем для замедления в бензиновом или дизельном автомобиле.

Рекуперативное торможение обычно оказывает негативное влияние на ощущение педали тормоза, поэтому к нему нужно привыкнуть, особенно когда вы выясняете точку перехода между рекуперативным торможением и гидравлической тормозной системой.

Чтобы получить список лучших электромобилей, нажмите здесь…

Как это работает: рекуперативное торможение

Мягкий гибрид, 48-вольтовая трансмиссия — поток энергии во время рекуперации с подключенным двигателем Фото Audi

Содержание статьи

ваш автомобиль замедлился.Но по мере того, как все больше автомобилей оснащаются электродвигателями — гибридными или полностью работающими от аккумуляторов — большое значение имеет рекуперативное торможение.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание артикула

Эта система улавливает кинетическую энергию во время торможения, сохраняя ее в аккумуляторе, чтобы ее можно было использовать в качестве электричества для питания электродвигателя.

Вот почему обычные гибриды не нужно подключать к сети: они используют рекуперативное торможение для подзарядки аккумуляторов во время движения.Электромобили (EV) работают в основном за счет заряда, который они накопили при подключении к розетке, но используют рекуперативное торможение, чтобы помочь зарядить аккумулятор.

В дополнение к рекуперативной 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 на педаль тормоза, давление гидравлической жидкости плотно прижимает металлические тормозные колодки к роторам, и возникающее трение замедляет автомобиль.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

  1. Как это работает: Зарядка электромобиля

  2. Как это работает: Аккумуляторы электромобиля

Это трение преобразует кинетическую энергию в тепловую, и тормоза нагреваются. Тепло рассеивается — автопроизводители проектируют все так, чтобы охлаждаться очень быстро, потому что горячие тормоза не работают, — и эта энергия теряется.Идея рекуперативного торможения состоит в том, чтобы улавливать эту кинетическую энергию, которая в противном случае была бы потрачена впустую, и использовать ее, преобразовывая в электричество.

Получение кинетической энергии от торможения

В электрифицированном транспортном средстве электродвигатель приводит в движение колеса либо в сочетании с бензиновым двигателем, как в гибридном автомобиле, либо самостоятельно в аккумуляторном электромобиле. Когда вы едете вперед, двигатель вращается в этом направлении, подавая электроэнергию на колеса.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Но когда вы замедляетесь, убирая ногу с педали газа, электродвигатель перестает подавать мощность, и автомобиль замедляется. Когда двигатель останавливается, он немедленно отключается, а затем начинает вращаться в обратном направлении. Коробка передач по-прежнему находится в режиме Drive, поэтому колеса не реверсируются; вместо этого он действует как генератор. Он улавливает кинетическую энергию колес, когда они замедляются, и преобразует ее в электричество. Затем он хранится в аккумуляторе, чтобы вернуться к электродвигателю, когда он необходим для привода колес автомобиля.

«Вождение одной педалью»

Количество захватываемой энергии может зависеть от конфигурации системы. В некоторых случаях водитель может решить, насколько эффективно использовать рекуперативное торможение, обычно перемещая рычаг переключения передач при замедлении. Когда выбрано более агрессивное торможение, система захватывает и сохраняет больше энергии, но транспортное средство также замедляется раньше, а в некоторых случаях может полностью остановиться.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Автопроизводители часто называют это вождение «одной педалью». С практикой водители смогут преодолевать интенсивное движение, только используя дроссельную заслонку, достаточно ускоряясь, чтобы двигаться вперед по мере необходимости, а затем отпуская педаль и позволяя рекуперативному торможению останавливаться.

Но одной рекуперативной системы недостаточно, чтобы остановить автомобиль в любой ситуации, особенно при движении на высоких скоростях, поэтому каждый гибридный или аккумуляторный автомобиль также имеет обычные гидравлические тормоза.Хорошей новостью является то, что, поскольку рекуперативная система также замедляет автомобиль, тормоза не должны работать так усердно. Водители обычно обнаруживают, что их гибриды или электромобили требуют новых тормозов гораздо реже, чем обычные автомобили.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Поведение при вождении определяет потребляемую энергию

Гибриды обычно лучше экономят топливо в городском движении, чем на шоссе, и не всегда из-за скорости.Им необходимо рекуперативное торможение для зарядки аккумуляторов, но если вы поддерживаете постоянную скорость и не замедляетесь на шоссе, аккумулятор питает электродвигатель (который либо дополняет бензиновый двигатель, либо управляет автомобилем сам по себе, в зависимости в условиях движения) без получения каких-либо результатов от рекуперативной системы. Когда он становится слишком низким, батарея перестает работать с газовым двигателем и вместо этого откачивает часть своей энергии для перезарядки.

Сколько энергии захватывает система рекуперативного торможения, зависит от нескольких факторов, одним из наиболее важных из которых является водитель.Подсчитано, что способность системы улавливать энергию может варьироваться от 16 до 70 процентов, и это все зависит от того, как транспортное средство управляется.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Наивысшая норма прибыли достигается, когда водители замедляют ход заблаговременно, в то время как те, кто резко останавливается и резко тормозит в последний момент, получают наименьшую эффективность, тем более что они сильно зависит от обычных тормозов автомобиля.Если вы хотите получить от него максимальную отдачу, вам действительно необходимо настроить свое вождение на электрифицированном транспортном средстве.

И это только часть общей картины при разработке максимально эффективных электромобилей и гибридов. Более крупное и тяжелое транспортное средство будет иметь больший импульс и большую кинетическую энергию для захвата, но тогда потребуется больше энергии, чтобы заставить его снова двигаться после остановки, чем требуется меньшему транспортному средству. Регенеративная система добавляет вес и сложность, что увеличивает стоимость.И иногда энергия должна быть потрачена впустую, если батарея полностью заряжена, потому что она не может быть перезаряжена. Все это часть того, что не дает спать по ночам автомобильным инженерам.

Поделитесь этой статьей в своей социальной сети

Подпишитесь на получение информационного бюллетеня Driving.ca Blind-Spot Monitor по средам и субботам

отказаться от подписки в любое время, нажав на ссылку отказа от подписки в нижней части наших электронных писем.Постмедиа Сеть Inc. | 365 Bloor Street East, Торонто, Онтарио, M4W 3L4 | 416-383-2300

Спасибо за регистрацию!

Приветственное письмо уже в пути. Если вы его не видите, проверьте папку нежелательной почты.

Следующий выпуск журнала Driving.ca «Мониторинг слепых зон» скоро будет в вашем почтовом ящике.

Комментарии

Postmedia стремится поддерживать живой, но вежливый форум для обсуждения и призывает всех читателей поделиться своим мнением о наших статьях.Комментарии могут пройти модерацию в течение часа, прежде чем они появятся на сайте. Мы просим вас, чтобы ваши комментарии были актуальными и уважительными. Мы включили уведомления по электронной почте — теперь вы будете получать электронное письмо, если получите ответ на свой комментарий, появится обновление ветки комментариев, на которую вы подписаны, или если пользователь, на которого вы подписаны, прокомментирует. Посетите наши Принципы сообщества для получения дополнительной информации и подробностей о том, как изменить настройки электронной почты.

Что такое рекуперативное торможение?

Гибридные и электрические транспортные средства используют аккумуляторные технологии, аэродинамику 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 энергию для подзарядки аккумуляторной батареи автомобиля.

Как работает рекуперативное торможение

Чтобы понять, как работает рекуперативное торможение, в первую очередь необходимо знать, как работает обычная тормозная система. Когда вы нажимаете 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 ускорения или движения, но колеса приводят в движение двигатель во время замедления. Этот двусторонний поток энергии позволяет двигателю действовать как генератор, сопротивляясь вращению колес и вырабатывая электричество для подзарядки аккумуляторной батареи автомобиля.

Регенерация происходит в двух случаях: 

1. Когда водитель нажимает педаль тормоза

2. Когда водитель отпускает педаль акселератора и автомобиль движется накатом

В обоих случаях система вырабатывает электричество для перезарядки батарея. Водители могут наблюдать за этим регенеративным эффектом на индикаторе зарядки автомобиля, который показывает его как поток энергии от колес к аккумулятору.

Количество электроэнергии, вырабатываемой системой, пропорционально уровню тормозного усилия.Это означает, что чем сильнее тормозная сила, тем больше электрический ток. В конечном счете, количество энергии, получаемой 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 функцию: замедление автомобиля и подзарядка аккумулятора для повышения эффективности и увеличения запаса хода на электротяге.

Эффективность рекуперативной тормозной системы

Каждый год появляются новые модели гибридов или электромобилей со все более совершенными рекуперативными тормозными системами, увеличивающими количество энергии, которую эти системы могут улавливать. В некоторых случаях новейшие системы рекуперативного торможения могут восстанавливать до 70% кинетической энергии, потерянной при торможении.

В зависимости от того, как часто владелец ездит на своем автомобиле, это может увеличить запас хода на электротяге до сотен миль в течение года.Это уменьшает количество поездок к топливному насосу для гибридов и уменьшает потребность в подключении чистых электромобилей к электросети.

Недостатки рекуперативного торможения

Как и все остальное, рекуперативное торможение имеет свои недостатки. Наиболее очевидным является снижение эффективности на малых скоростях. В условиях медленного движения с частыми остановками рекуперативное торможение не может улавливать много энергии и возвращать ее обратно в аккумулятор, что значительно снижает системные преимущества для многих пассажиров в час пик.

Еще одним недостатком некоторых систем рекуперативного торможения является то, как они изменяют ощущение педали тормоза и модуляцию. В зависимости от автомобиля и конструкции рекуперативные тормоза могут на мгновение перестать реагировать или их трудно регулировать для плавного и чистого торможения и остановки. Эти ощущения могут не внушать водителю 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 соответственно корректировать свой стиль вождения.

Многие новые системы рекуперативного торможения работают намного лучше, чем ранние примеры этой технологии, они более естественны для водителя и предлагают тот же уровень эффективности, что и обычные системы. Во время тест-драйва гибридных и электрических транспортных средств обязательно обращайте пристальное внимание на то, как работают тормоза. Вы можете вообще не заметить никакой разницы.

Резюме

Гибридные 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 запаса хода на электротяге, системы рекуперативного торможения продлевают срок службы тормозов благодаря их низким характеристикам износа. Преимущества этой технологии очевидны и помогают сделать экологичные автомобили еще более привлекательными для потребителей.

Рекуперативное торможение: как это 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 широко известна как метод увеличения запаса хода в гибридных и электрических транспортных средствах.Но знаете ли вы, что рекуперативное торможение не ограничивается только электромобилями? В наши дни вы можете найти его во всем, от электрических велосипедов и скейтбордов до электрических скутеров.

Присоединяйтесь к нам, и мы углубимся 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 во времена неандертальцев с двигателями внутреннего сгорания тормоза основывались исключительно на трении и преобразовывали кинетическую энергию транспортного средства в тепло для замедления автомобиля. Вся эта энергия просто ушла в окружающую среду.

К счастью, мы эволюционировали как вид и нашли лучший способ. Рекуперативное торможение использует двигатель электромобиля в качестве генератора для преобразования большей части кинетической энергии, теряемой при торможении, обратно в энергию, хранящуюся в аккумуляторе автомобиля.Затем, когда автомобиль в следующий раз ускоряется, он использует большую часть энергии, ранее накопленной в результате рекуперативного торможения, вместо того, чтобы использовать собственные запасы энергии.

Важно понимать, что рекуперативное торможение само по себе не является волшебным средством увеличения запаса хода для электромобилей. Само по себе это не делает электромобили более эффективными, а просто делает их менее неэффективными . По сути, наиболее эффективным способом управления любым транспортным средством было бы разогнаться до постоянной скорости, а затем никогда не касаться педали тормоза.Поскольку торможение будет отнимать энергию и потребует от вас затрат дополнительной энергии, чтобы вернуться к скорости, вы получите максимальную дальность, просто никогда не замедляясь.

Но это явно непрактично. Поскольку нам нужно часто тормозить, рекуперативное торможение — это следующая лучшая вещь. Он устраняет неэффективность торможения и просто делает процесс менее расточительным.

Насколько хорошо работает рекуперативное торможение?

Чтобы оценить рекуперативное торможение, нам действительно нужно взглянуть на два разных параметра: эффективность и эффективность .Несмотря на похожее звучание, они совершенно разные. Эффективность относится к тому, насколько хорошо рекуперативное торможение улавливает «потерянную» энергию при торможении. Он тратит много энергии в виде тепла или превращает всю эту кинетическую энергию обратно в накопленную? Эффективность, с другой стороны, относится к тому, насколько большое влияние рекуперативное торможение оказывает на самом деле. Это заметно увеличивает ваш диапазон или вы не заметите большой разницы?

Эффективность

Ни одна машина не может быть эффективна на 100% (без нарушения законов физики), так как любая передача энергии неизбежно сопряжена с некоторыми потерями в виде тепла, света, шума и т. д.Эффективность процесса рекуперативного торможения варьируется для многих транспортных средств, двигателей, аккумуляторов и контроллеров, но часто составляет где-то 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, электрические скутеры и т. д.

Имейте в виду, что эти 70% не означают, что рекуперативное торможение даст увеличение дальности на 70%.Это не увеличит ваш запас хода со 100 до 170 миль. Это просто означает, что 70% кинетической энергии, потерянной во время акта торможения , могут быть позже обращены обратно в ускорение.

Вот почему одно лишь сообщение об эффективности системы мало что значит. Кто-то может быть очень эффективным, когда работает, но если он работает всего час в день, он, вероятно, не многого добьется. Что нас больше должно интересовать, так это эффективность рекуперативного торможения.

Эффективность

Здесь все становится по-настоящему интересным. Эффективность рекуперативного торможения является мерой того, насколько оно может увеличить запас хода. Увеличивает ли это ваш теоретический диапазон на 5%? 50% дальше? Даже больше?

Как вы, наверное, уже догадались, эффективность рекуперативного торможения существенно зависит от таких факторов, как условия вождения, рельеф местности и размер автомобиля.

Большое влияние оказывают условия вождения.Вы увидите гораздо большую эффективность рекуперативного торможения в городском движении с частыми остановками, чем при поездках на работу по шоссе. Это должно иметь смысл, так как если вы неоднократно тормозите, вы восстанавливаете гораздо больше энергии, чем если бы вы просто ехали часами, не касаясь педали тормоза. Местность также играет здесь большую роль, так как движение в гору не дает вам много шансов на торможение, но движение вниз по склону регенерирует гораздо большее количество энергии из-за длительных периодов торможения. На длинных спусках рекуперативное торможение можно использовать почти постоянно для регулирования скорости при постоянной подзарядке аккумулятора.

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. Точно так же, как большой маховик более эффективен, чем маленький маховик, четырехколесный электромобиль обладает гораздо большей кинетической энергией во время движения, чем электрический велосипед или скутер.

Данные для сравнения найти довольно сложно. Автомобили Tesla показывают мощность рекуперативного торможения, например, 60 кВт при резком торможении, но это не дает ответа 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, несколько водителей Tesla предоставили данные об энергопотреблении, используя различные приложения для отслеживания данных. Водители Model S сообщают, что восстанавливают до 32% от общего потребления энергии при движении вверх, а затем обратно вниз. Например, это эффективно увеличило бы дальность пробега автомобиля со 100 миль до 132 миль. Владелец Model S P85D сообщил о возврате примерно 28% энергии (форум на датском языке), а другие сообщили о повторном захвате в среднем 15–20% от общего потребления кВтч во время обычных поездок.

Данные приложения LinkMyTesla водителя Tesla, показывающие, что примерно 30% энергии, потребляемой аккумулятором, было восстановлено с помощью рекуперативного торможения.

Для небольших электромобилей, таких как персональные электромобили, цифры не столь оптимистичны. На нескольких электрических велосипедах с рекуперативным торможением я обычно в среднем регенерировал около 4-5%, максимум около 8% в холмистой местности. Другие персональные электромобили, включая электрические скутеры и скейтборды, имеют аналогичные результаты, обычно в меньших однозначных числах.Опять же, имейте в виду, что речь идет не о чистой эффективности системы (например, о том, сколько энергии торможения теряется при передаче энергии), а о эффективности (например, о том, насколько ваш диапазон увеличивается из-за использования рекуперативного торможения). .

Как я уже упоминал выше, во многом это связано с меньшим весом персональных электромобилей. Они просто не обладают большим импульсом и, следовательно, имеют меньше кинетической энергии для преобразования обратно в батарею.

Имеет ли значение, насколько хорошо работает рекуперативное торможение?

В индустрии электровелосипедов рекуперативное торможение иногда можно использовать больше как маркетинговый инструмент, чем как функцию.Поскольку рекуперативное торможение, как правило, 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 с промежуточным приводом и другими мотор-редукторами, которые не способны к рекуперативному торможению, сочтут его неэффективным и просто не стоящим внимания.

Большинство электрических велосипедов со средним приводом не способны к рекуперативному торможению

Правда в том, что для небольших и личных электромобилей рекуперативное торможение не так эффективно, как в электромобилях, но все же имеет множество преимуществ.

Одним из самых больших преимуществ рекуперативного торможения для небольших персональных электромобилей является дополнительное тормозное усилие. Некоторые PEV, такие как электрический скутер Xiaomi M365, используют рекуперативное торможение только для переднего мотор-колеса, полагаясь на традиционный дисковый тормоз для заднего колеса. Это означает, что скутер имеет два независимых тормоза с одним тормозным рычагом для их активации, что снижает стоимость, вес и сложность.

Регенеративное торможение также позволяет использовать тормоза на электрических скейтбордах — подвиг, который ранее был достигнут с помощью функции переменного торможения подошвой вашей обуви на тротуаре.С популярными электрическими скейтбордами, такими как Boosted Board, развивающими скорость более 20 миль в час, электрическое торможение, осуществляемое с помощью рекуперации, является долгожданной функцией безопасности.

Еще одним преимуществом рекуперативного торможения является продление срока службы обычных деталей тормозной системы, таких как тросы и тормозные колодки. Их обслуживание и замена могут раздражать, особенно потому, 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 редукторные двигатели свободного хода, и кажется, что я всегда настраиваю и регулирую тормоза. Однако на электронных велосипедах с рекуперацией я обнаружил, что часто могу почти полностью полагаться на рекуперативное торможение, а это означает, что мои тормозные колодки используются минимально.

В конце концов, рекуперативное торможение никогда не будет столь же эффективным в небольших транспортных средствах, как в более крупных, просто из-за физики. Из-за этого отсутствие регенерации в электронных велосипедах и других PEV не является нарушителем условий сделки.Однако нельзя игнорировать преимущества рекуперативного торможения помимо простого рекуперации энергии. И эй, я получу бесплатное увеличение ассортимента на 5% в любой день!

FTC: Мы используем автоматические партнерские ссылки, приносящие доход. Еще.


Подпишитесь на Electrek на YouTube, чтобы получать эксклюзивные видео и подписывайтесь на подкасты.

Рекуперативное торможение — Energy Education

Рис. 1. Рекуперативное торможение. [1]

Системы рекуперативного торможения (RBS) представляют собой тип системы рекуперации кинетической энергии, которая преобразует кинетическую энергию движущегося объекта в потенциальную или накопленную энергию для замедления транспортного средства и, как следствие, повышения эффективности использования топлива. [2] Эти системы также называются системами рекуперации кинетической энергии. Существует несколько методов преобразования энергии в RBS, включая пружинный, маховик, электромагнитный и гидравлический. Совсем недавно также появился гибрид RBS с электромагнитным маховиком. Каждый тип RBS использует другой метод преобразования или хранения энергии, что обеспечивает различную эффективность и области применения для каждого типа.

РБС устанавливаются вдоль трансмиссии или крепятся к ведущим колесам транспортного средства, где они тормозят движение колес с помощью магнитных полей или механического крутящего момента.Эти методы торможения 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 накопителей энергии тормозное усилие от ДБО ограничено. Следовательно, традиционная фрикционная тормозная система необходима для обеспечения безопасной работы транспортного средства при резком торможении. RBS может снизить расход топлива и снизить общую тормозную нагрузку на фрикционные тормоза автомобиля, уменьшая износ тормозных колодок. [3]

RBS используются почти во всех электромобилях и гибридных электромобилях. Кроме того, общественный транспорт, такой как автобусы и сверхскоростные поезда, использует RBS, чтобы уменьшить воздействие транспортного парка на окружающую среду и сэкономить деньги. [4]

История

Идея тормоза, который мог бы использовать кинетическую энергию, которую он поглощает, и превращать ее в потенциальную энергию для последующего использования, возникла еще в конце 1800-х годов. Некоторые из первых попыток использования этой технологии заключались в установке RBS пружинного типа на переднеприводные велосипеды или гужевые извозчики. [5] [6]

Железная дорога Баку-Тбилиси-Батуми начала применять ДБО 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 гиробус, который использовал маховик в качестве метода накопления энергии. Эффекты гироскопического движения автобуса вскоре привели к тому, что его производство было прекращено. [7]

В 1967 году компания American Motor Car Company (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 стали использоваться почти во всех электрических и гибридных автомобилях, а также в некоторых автомобилях с бензиновым двигателем.

Методы преобразования и хранения энергии

Существует несколько методов преобразования энергии в RBS, включая пружинный, маховик, электромагнитный и гидравлический. Совсем недавно также появился гибрид RBS с электромагнитным маховиком.Каждый тип RBS использует другой метод преобразования или хранения энергии, что обеспечивает различную эффективность и области применения для каждого типа. В настоящее время наиболее часто используемым 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, замедления транспортного средства и выработки электроэнергии. В случае с электрическими и гибридными транспортными средствами вырабатываемая электроэнергия направляется в аккумуляторы, обеспечивая их подзарядку.В транспортных средствах, работающих на газе, электричество можно использовать для питания автомобильной электроники или направить в аккумулятор, где оно впоследствии может быть использовано для придания автомобилю дополнительной мощности. Эта техника в настоящее время используется в некоторых гоночных автомобилях Le Mans Prototype. [9]

Маховик

В маховике RBS система собирает кинетическую энергию транспортного средства для вращения маховика, который соединен с приводным валом через трансмиссию и коробку передач. Затем вращающийся маховик может передавать крутящий момент на приводной вал, увеличивая мощность автомобиля.

Электромагнитный маховик

Регенеративный тормоз

Электромаховик представляет собой гибридную модель электромагнитного и маховичного РБС. Он разделяет основные методы выработки электроэнергии с электромагнитной системой; однако энергия хранится в маховике, а не в батареях. В этом смысле маховик служит механической батареей, в которой можно хранить и восстанавливать электрическую энергию. [10] Благодаря долговечности маховиковых батарей по сравнению с литий-ионными батареями, RBS с электрическим маховиком является более экономичным методом хранения электроэнергии. [11]

Пружина

Подпружиненная система рекуперативного торможения обычно используется на транспортных средствах, приводимых в движение человеком, таких как велосипеды или инвалидные кресла. В пружинном RBS катушка или пружина наматывается вокруг конуса во время торможения для накопления энергии в виде упругого потенциала. Затем потенциал можно вернуть, 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 большой способностью накопления энергии среди всех систем, поскольку сжатая жидкость не рассеивает энергию с течением времени. Однако сжатие газа насосом является медленным процессом и сильно ограничивает мощность гидравлической РБС.

приложений

Гибридные и электрические автомобили

В современных гибридных и электрических автомобилях используется электрический двигатель, что делает применение рекуперативного торможения очень простым и эффективным.В подавляющем большинстве этих автомобилей трансмиссия автомобиля настроена таким образом, что, когда водитель нажимает на тормоз, электродвигатель реверсирует и оказывает сопротивление колесам, а не мощность. Сопротивление, прикладываемое к колесам, передается на электродвигатель, где оно используется для подзарядки батарей.

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 на двигатель не подается мощность, естественное трение внутри двигателя замедляет движение автомобиля. В электромобилях эта сила трения не действует; однако автомобильные компании, такие как Mercedes и Porsche, начали использовать системы рекуперативного торможения, чтобы дать водителю такое же ощущение автомобиля, работающего на газе, при рекуперации энергии 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 было медленным, и в сезоне 2010 года ее не использовали команды; 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 накопления энергии при торможении используется система с четырьмя маховиками или электрический генератор. Эта накопленная энергия может быть использована водителем путем нажатия кнопки на рулевом колесе. FIA ограничивает использование до 6,67 секунды на круг, в течение которых система дает автомобилю дополнительные 81 л.с. [14]

Ограничения

Из-за максимальной скорости перезарядки цепи и емкости аккумулятора тормозное усилие от РБС 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 выхода из строя RBS.

RBS можно устанавливать только на ведущие колеса, так как для рекуперации энергии требуется трансмиссия.Отработанное тепло существенно не уменьшается, если только автомобиль не является полноприводной моделью.

Установка RBS на транспортное средство означает увеличение его снаряженной массы. Хотя RBS может улучшить экономию топлива в условиях движения с частыми остановками, это может отрицательно сказаться на расходе топлива во время движения по шоссе.

В конструкции ДБО используются различные датчики и логические блоки управления для регулирования работы ДБО.
Не следует пренебрегать проблемой надежности этих электрических частей. [15]

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

Артикул

  1. ↑ Викисклад. (3 октября 2015 г.). Системы Flybird KERS [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Flybrid_Systems_Kinetic_Energy_Recovery_System.jpg
  2. ↑ М. Боди и К. Маджид, «Метод рекуперативного торможения», 5,707,1151998.
  3. ↑ Robert Bosch GmbH, «Регенеративное торможение Активная безопасность — системы рекуперативного торможения», Bosch Automotive Technology.[Онлайн]. 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.].
  4. ↑ Р. Чикурель, «Компромиссное решение для рекуперации энергии при торможении транспортных средств», Energy, vol. 24, нет. 12, стр. 1029–1034, январь 1999 г.
  5. ↑ Б. РИДЕР, «Система рекуперативного торможения для велосипедов», 2340641880.
  6. 6.0 6.1 6.2 В. В. Кларк II и Г. Кук, Глобальные энергетические инновации: почему Америка должна лидировать.Прегер, 2011.
  7. ↑ Дж. Хэмпл, «Концепция гиробуса с механическим приводом», Пер. трансп. наук, вып. 6, нет. 1, стр. 27–38, январь 2013 г.
  8. ↑ П. Кларк, Т. Мунир и К. Куллинан, «Сокращение выбросов транспортных средств с помощью рекуперативного торможения», Transp. Рез. Часть D Трансп. Окружающая среда., том. 15, нет. 3, стр. 160–167, май 2010 г.
  9. ↑ «Обзор автомобиля с полным приводом на дорожных испытаниях Mercedes-Benz SLS Electric Drive — BBC Top Gear — BBC Top Gear». [Онлайн]. Доступно: http://www.topgear.com/uk/mercedes-benz/sls/road-test/electric-drive-driven.[Доступ: 02 декабря 2013 г.].
  10. ↑ Б. Болунд, Х. Бернхофф и М. Лейон, «Энергия маховика и системы накопления энергии», Renew. Поддерживать. Energy Rev., т. 1, с. 11, нет. 2, стр. 235–258, февраль 2007 г.
  11. ↑ Дж. Ли, Э. Мерфи, Дж. Винник и П. . Коль, «Исследования срока службы коммерческих литий-ионных аккумуляторов при быстрой циклической зарядке-разрядке», J. Power Sources, vol. 102, нет. 1–2, стр. 294–301, декабрь 2001 г.
  12. ↑ С. Дж. Клегг, «Обзор систем рекуперативного торможения», Лидс, Англия.econ.kuleuven.be, 1996.
  13. ↑ Полный обзор дорожных испытаний автомобиля Mercedes-Benz SLS Electric Drive — BBC Top Gear — BBC Top Gear. (н.д.). Получено с http://www.topgear.com/uk/mercedes-benz/sls/road-test/electric-drive-driven
  14. ↑ Formula 1® — официальный сайт F1®. (н.д.). Получено с http://www.formula1.com/inside_f1/understanding_the_sport/8763.html.
  15. ↑ Дж. Ан, К. Юнг, Д. Ким и Х. Джин, «Анализ системы рекуперативного торможения для гибридных электромобилей с использованием электромеханического тормоза», Int.Дж. …, т. 1, с. 10, нет. 2, стр. 229–235, 2009 г.

Рекуперативное торможение | Журнал МОТОР

Предыдущие выпуски Brake Shop касались эксплуатации, обслуживания и ремонта «обычных» гидравлических тормозных систем. На этот раз мы собираемся отвлечься и рассмотреть работу систем рекуперативного торможения, их связь и взаимодействие с обычными тормозными системами. Начнем с определения терминов.

Что такое рекуперативное торможение? В обычном транспортном средстве с двигателем внутреннего сгорания, когда водитель хочет снизить скорость или остановиться, он использует педаль тормоза для включения гидравлических тормозов.Затем тормозные колодки и колодки создают трение с тормозными дисками и барабанами. Трение между этими поверхностями замедляет транспортное средство, преобразовывая поступательное движение транспортного средства (кинетическую энергию) в тепло и тормозную пыль, которые выбрасываются неиспользованными в окружающую среду. Гибридные и электрические транспортные средства, оснащенные системами рекуперативного торможения, восстанавливают часть этой кинетической энергии во время торможения с помощью электродвигателя/генератора, а затем сохраняют ее в виде электроэнергии в высоковольтной батарее.

Двигатель/генератор создает сопротивление, поскольку он преобразует кинетическую энергию транспортного средства в электричество.Это сопротивление (сопротивление) используется для замедления транспортного средства, точно так же, как гидравлическая тормозная система достигает того же результата за счет трения. При торможении в гибридном или электрическом транспортном средстве электродвигатель/генератор переключается в режим генератора. Колеса передают кинетическую энергию автомобиля через трансмиссию двигателю/генератору, который похож на велосипедный генератор, который вращается, опираясь на вращающуюся велосипедную шину. Генератор преобразует часть кинетической энергии велосипеда в электрическую энергию для питания велосипедного фонаря.В случае двигателя/генератора кинетическая энергия, преобразованная в электричество, сохраняется в высоковольтной батарее.

В то же время сопротивление двигателя/генератора, возникающее при выработке электроэнергии, замедляет транспортное средство. Когда требуется больший тормозной момент, чем может обеспечить только двигатель/генератор, дополнительное торможение достигается за счет применения обычной гидравлической тормозной системы. Этот процесс известен как рекуперация или рекуперативное торможение. Затем электродвигатель/генератор транспортного средства может использовать эту накопленную энергию (которая в противном случае была бы потеряна) для подачи электроэнергии на электродвигатель для движения и ускорения.

Рекуперативное торможение является одним из ключевых факторов повышения энергоэффективности и увеличения запаса хода в параллельных гибридах, последовательных гибридах и чисто электрических транспортных средствах. Рекуперативное торможение делает электромобили более подходящими для повседневного использования и снижает расход топлива и выбросы CO 2 и других загрязняющих веществ, особенно в городских дорожных ситуациях, связанных с частыми торможениями и ускорениями на гибридных автомобилях. Кроме того, использование двигателя/генератора для торможения снижает износ тормозов и накопление тормозной пыли.

Во многих случаях тормозная мощность двигателя/генератора достаточна для замедления автомобиля. В результате обычная тормозная система используется реже. Однако при очень быстром торможении, на очень низких скоростях или когда транспортное средство неподвижно, двигатель/генератор не может создать необходимое тормозное усилие для замедления или остановки транспортного средства.

Тормозной потенциал двигателя/генератора зависит от скорости автомобиля. На низких скоростях доступен максимальный тормозной момент. На высоких или очень низких скоростях (непосредственно перед остановкой) не может быть обеспечен достаточный тормозной момент, поэтому необходимо активировать обычную тормозную систему.Тормозной момент двигателя/генератора пропорционален выходной мощности двигателя/генератора, а также зависит от уровня заряда высоковольтной батареи. Тормозной момент двигателя/генератора доступен только тогда, когда высоковольтная батарея не полностью заряжена.

Системы рекуперативного торможения контролируют взаимодействие между обычными гидравлическими тормозами и двигателем/генератором, чтобы гарантировать эффективную регенерацию энергии. Они также гарантируют, что поведение при замедлении и ощущение педали идентичны обычным тормозным системам.Тормозной момент распределяется между гидравлическими тормозами и двигателем/генератором с учетом безопасности, комфорта и эффективности. Если транспортное средство становится неустойчивым, оно обычно замедляется исключительно с помощью гидравлических тормозов, поскольку требуется вмешательство антиблокировочной тормозной системы (ABS) или электронной программы стабилизации (ESP) для конкретных колес.

Поддерживать баланс может быть непросто. Возможно, вы помните жалобы владельцев на гибриды Prius предыдущего поколения. В некоторых ситуациях (в основном на более низких скоростях) переход от рекуперативного к комбинации рекуперативного и обычного торможения не был полностью плавным, оставляя водителей с неприятным ощущением, что их тормоза не работают должным образом.Это было решено путем изменения программного обеспечения.

Логическим развитием этих систем стала бы полная электрификация тормозной системы. Вместо того, чтобы комбинировать электрическое и гидравлическое торможение в попытке объединить их эффективным и ненавязчивым образом, электрическая тормозная система заменит обычные гидравлические суппорты с электрическим приводом. Если вы устали заменять ржавые тормозные магистрали и иметь дело с тормозной жидкостью, которая хочет повредить все, с чем соприкасается, это технологическое достижение, которое вам, вероятно, понравится.Вы можете ожидать, что тормозные системы этого типа будут широко использоваться, как только будет продемонстрировано, что они так же безопасны и эффективны, как и обычные гидравлические системы.

Если двигатель/генератор частично или полностью выполняет торможение автомобиля на гибридном или электрическом транспортном средстве, как это повлияет на обычную гидравлическую тормозную систему? Если транспортное средство этого типа эксплуатируется в основном в городских условиях, где скорость низкая, а требуемое тормозное усилие также относительно невелико, сверхдлительный срок службы тормозных колодок, несомненно, будет одним из измеримых и не неприятных последствий.А как насчет других, менее заметных эффектов? Как сокращение использования гидравлической тормозной системы повлияет на работу самих гидравлических тормозов? Будут ли автомобили с рекуперативными тормозными системами демонстрировать более высокий уровень ржавчины и коррозии и снижение эффективности?

Лучший способ убедиться в том, что обычная гидравлическая тормозная система на автомобиле, который также оснащен системой рекуперативного торможения, находится в отличном состоянии, — это регулярные проверки и техническое обслуживание.Как и в обычном автомобиле, стоит регулярно снимать колеса, чтобы убедиться, что все работает так, как должно. Что вы должны искать?

Начните с короткого дорожного испытания. Когда вы нажимаете на педаль тормоза, проверьте ее на чрезмерный ход и мягкость. Прислушивайтесь к звукам — не только к явному скрежету колодок или колодок, но и к механическим лязгам, лязгам и стукам. Пульсирующая педаль обычно указывает на то, что ротор деформирован или барабан не круглый.

Далее поднимите капот и проверьте уровень главного цилиндра.Жидкости в бачке мало? Это закрытая система, поэтому, если резервуар низкий, жидкость должна куда-то уходить. Определение того, куда оно ушло, будет направлять ваши усилия по техническому обслуживанию.

Если в системе нет утечки, единственное правдоподобное объяснение — износ тормозных колодок. По мере износа тормозных накладок в дисковых тормозных системах поршни тормозных суппортов должны выдвигаться дальше, чтобы компенсировать разницу и удерживать колодки близко к роторам. Выдвижение поршней требует дополнительной тормозной жидкости, что отражается на уровне жидкости в главном цилиндре.По мере износа колодок уровень жидкости падает.

Каково состояние тормозной жидкости в главном цилиндре? Если автомобилю больше нескольких лет, у него было достаточно возможностей для накопления влаги, грязи и шлама. Полигликолевые жидкости (как и обычная тормозная жидкость) гигроскопичны, что означает, что они легко поглощают водяной пар из воздуха. В среднем вода накапливается в тормозной системе со скоростью 1% в год. Даже этого небольшого количества достаточно, чтобы понизить температуру кипения жидкости, что может привести к затуханию тормозов и снижению эффективности.

Снимите колеса и осмотрите тормоза. Убедитесь в отсутствии утечек жидкости, затем измерьте оставшуюся толщину тормозных колодок. Обычно вы можете проверить толщину накладок дисковых тормозных колодок через отверстия в суппортах, но для проверки накладок на барабанных тормозах вам придется потянуть за барабаны.

Тщательный визуальный осмотр роторов часто выявляет глазированные или обесцвеченные пятна на поверхности ротора, что обычно указывает на коробление. Легкие баллы обычно безвредны. Тем не менее, на торможение влияют вещи, которые вы не можете увидеть, но можете измерить, такие как избыточное биение ротора (часто из-за неравномерного затягивания зажимных гаек с помощью ударного гайковерта) и неравномерная толщина.

Некоторые производители рекомендуют смазывать ползуны суппорта, которые позволяют «плавающим» тормозным суппортам перемещаться из стороны в сторону. При торможении суппорт слегка перемещается в одном направлении. Он движется в противоположном направлении, когда тормоза отпущены. Ползунки также позволяют суппортам постепенно двигаться в одном направлении, компенсируя износ тормозных колодок.

Теоретически ползунки тормозных суппортов не должны обслуживаться. Их смазывают на заводе, а резиновые сапоги должны удерживать смазку и не допускать попадания воды.Если пренебречь ими достаточно долго, ползунки могут вызвать некоторые необычные симптомы торможения. Это одна из областей, где неиспользование или использование ниже нормы может вызвать проблемы с гибридным или электрическим транспортным средством.

В большинстве плавающих тормозных суппортов используется резиновый или пластиковый изолятор или прокладка вокруг крепежных болтов суппорта. Высокотемпературная тормозная среда может привести к тому, что эта втулка потеряет свою упругость или станет сплющенной в овальную форму, что приведет к чрезмерному движению суппорта. Это может вызвать дребезжание и удары, когда тормоза не задействованы.Поврежденный тормоз также может срабатывать неравномерно, что приводит к рывку. Ослабленные болты или изношенное оборудование могут привести к взводу суппорта при установке.

Пока вы проверяете ползунки суппорта на плавность работы, проверьте другие компоненты тормоза. Циклы нагрева и охлаждения тормозов могут ослабить пружины и антидребезжащие зажимы. Слабое оборудование может привести к чрезмерному перемещению или заеданию суппорта/колодки, вызывая шум и другие связанные с этим проблемы. Это может привести к неравномерному и преждевременному износу колодок, короблению ротора и вытягиванию.Если что-либо выглядит изношенным или подозрительным, замените его.— Karl Seyfert

Как работает рекуперативное торможение?

Рекуперативное торможение — это термин, который все чаще встречается в новых автомобилях. Первоначально представленное только на некоторых более дорогих моделях, рекуперативное торможение теперь становится все более доступным и предлагает преимущества за счет повышения эффективности использования газа и производительности.

Традиционно при торможении в автомобиле тратится значительное количество энергии. Если вы представите импульс, с которым движется автомобиль, вы оцените количество кинетической энергии, которую производит автомобиль. Когда автомобиль тормозит, эта энергия обычно теряется, рассеиваясь в воздухе в виде тепла. По мере того, как производители автомобилей начинают думать о более экологически ответственных способах производства автомобилей, они признают, что есть возможность повторно использовать эту энергию в другом месте в автомобиле.

В настоящее время рекуперативное торможение в основном используется в полностью электрических или гибридных транспортных средствах. Это автомобили, которые приводятся в движение либо исключительно электродвигателем, либо комбинацией бензинового двигателя и мотора. Даже в гибридных автомобилях электродвигатель иногда может быть единственным источником энергии для транспортного средства на более низких скоростях, поэтому обеспечение полной зарядки аккумулятора имеет решающее значение для производительности обоих этих типов автомобилей. Одним из способов поддержания заряда аккумулятора является его подзарядка, когда автомобиль не используется.Рекуперативное торможение помогает заряжать аккумулятор во время движения автомобиля.

В традиционной тормозной системе трение между тормозными колодками и тормозными дисками, а также между колесами и поверхностью дороги помогает остановить транспортное средство. Рекуперативное торможение работает совсем по-другому. Когда водитель нажимает на педаль тормоза гибридного или электрического автомобиля, электродвигатель меняет направление. Это заставляет двигатель работать назад, замедляя колеса автомобиля. При движении назад двигатель также будет работать как электрический генератор, буквально вырабатывая электричество из кинетической энергии, которая затем подается в аккумулятор.

Рекуперативные тормоза лучше работают на определенных скоростях. Как правило, они хорошо работают в городе, где много движения с частыми остановками, а транспортное средство обычно движется на более низких скоростях. Фрикционные тормоза обычно также устанавливаются на гибридные и полностью электрические автомобили, поэтому при движении по шоссе или на скорости автомобиль по-прежнему может эффективно тормозить. Этим процессом управляет контроллер рекуперативного торможения, который может определить, когда следует использовать каждую систему.Контроллер торможения также определяет, используется ли произведенная электроэнергия сразу или сохраняется.

В системах рекуперативного торможения водители очень часто могут определить, как должны работать рекуперативные тормоза, с помощью ряда предварительных настроек. Например, рекуперативные тормоза могут быть активированы, как только водитель уберет ногу с педали акселератора, даже до того, как он или она нажмет педаль тормоза.

В целом рекуперативное торможение может улавливать около половины энергии, которая в противном случае была бы потрачена впустую, и повторно использовать ее в двигателе автомобиля.Подсчитано, что рекуперативное торможение может снизить расход топлива на 10–25 процентов. Для водителей это двойная выгода, поскольку рекуперативное торможение помогает сэкономить деньги и уменьшить воздействие на окружающую среду. Продолжайте читать наш информационный бюллетень, чтобы получить больше ответов на ваши вопросы от отдела обслуживания Mercedes-Benz of Princeton.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.