Działanie regeneracji elektrycznej podczas hamowania i zwalniania

Wprowadzone kilka lat temu w konwencjonalnych lokomotywach spalinowych, hamowanie regeneracyjne staje się obecnie coraz ważniejsze, w miarę jak pojazdy hybrydowe i elektryczne stają się coraz popularniejsze.

Przyjrzyjmy się więc podstawowym aspektom tej techniki, czyli wytwarzaniu energii elektrycznej w wyniku ruchu (a raczej energii kinetycznej/siły bezwładności).

Podstawowa zasada

Niezależnie od tego, czy jest to kamera termowizyjna, pojazd hybrydowy czy elektryczny, odzyskiwanie energii jest teraz wszędzie.

W przypadku kamer termowizyjnych celem jest odciążenie silnika poprzez możliwie częste wyłączanie alternatora, którego zadaniem jest doładowanie akumulatora kwasowo-ołowiowego. Tym samym uwolnienie silnika od ograniczeń alternatora oznacza, że ​​oszczędność paliwa i produkcja energii elektrycznej w największym możliwym stopniu nastąpi, gdy pojazd będzie hamowany silnikiem, gdy można wykorzystać energię kinetyczną, a nie siłę silnika (podczas zwalniania lub zjazdu na dłuższą metę). podjazd bez przyspieszania).

W przypadku pojazdów hybrydowych i elektrycznych będzie tak samo, ale tym razem celem będzie naładowanie akumulatora litowego, który jest skalibrowany w znacznie większym rozmiarze.

Wykorzystywać energię kinetyczną do wytwarzania prądu?

Zasada jest powszechnie znana i zdemokratyzowana, ale muszę do niej szybko wrócić. Kiedy krzyżuję cewkę z materiału przewodzącego (najlepiej miedzianego) z magnesem, generuje on prąd w tej słynnej cewce. To właśnie zamierzamy tutaj zrobić, wykorzystać ruch kół jadącego samochodu do ożywienia magnesu i w ten sposób wygenerowania prądu, który będzie odzyskiwany w akumulatorach (tj. baterii). Ale jeśli brzmi to banalnie, zobaczysz, że jest jeszcze kilka subtelności, o których należy pamiętać.

Regeneracja podczas hamowania/zwalniania pojazdów hybrydowych i elektrycznych

Samochody te wyposażone są w silniki elektryczne, które je napędzają, warto więc skorzystać z odwracalności tego ostatniego, a mianowicie tego, że silnik holuje, jeśli dostaje sok, i wytwarza moc, jeśli jest napędzany mechanicznie siłą zewnętrzną ( tutaj samochód na kręcących się kołach).

Przyjrzyjmy się teraz trochę bardziej konkretnie (ale wciąż schematycznie), co to robi, w kilku sytuacjach.

1) Tryb silnika

Zacznijmy od klasycznego zastosowania silnika elektrycznego, czyli cyrkulujemy prąd w cewce umieszczonej obok magnesu. Ta cyrkulacja prądu w przewodzie elektrycznym indukuje pole elektromagnetyczne wokół cewki, które następnie oddziałuje na magnes (i w ten sposób powoduje jego ruch). Sprytnie projektując to urządzenie (owinięte wokół cewki z obracającym się magnesem w środku), można stworzyć silnik elektryczny, który obraca oś pod wpływem prądu.

To „sterownik mocy” / „elektronika mocy” odpowiada za kierowanie i kontrolowanie przepływu prądu (dobiera transmisję do akumulatora, silnika przy określonym napięciu itp.), więc jest to krytyczne. rola, ponieważ to właśnie pozwala silnikowi pracować w trybie „silnikowym” lub „generatorowym”.

Opracowałem tutaj syntetyczny i uproszczony schemat tego urządzenia z silnikiem jednofazowym, aby ułatwić zrozumienie (trójfazowy działa na tej samej zasadzie, ale trzy cewki mogą niepotrzebnie komplikować sprawę, dlatego wizualnie jest prostszy w jednej fazie) .

Akumulator działa na prąd stały, ale silnik elektryczny nie, więc potrzebny jest falownik i prostownik. Power electric to urządzenie służące do dystrybucji i dozowania prądu.

2) Tryb generatora/odzysku energii

Dlatego w trybie generatora wykonamy proces odwrotny, czyli prześlemy prąd płynący z cewki do akumulatora.

Ale wracając do konkretnego przypadku, mój samochód rozpędzał się do 100 km/h dzięki silnikowi cieplnemu (zużycie oleju) lub silnikowi elektrycznemu (zużycie akumulatora). Zatem zdobyłem energię kinetyczną związaną z prędkością 100 km/h i tę energię chcę zamienić na energię elektryczną...

Aby to zrobić, przestanę wysyłać prąd z akumulatora do silnika elektrycznego, logicznie chcę zwolnić (stąd odwrotność sprawi, że przyspieszę). Zamiast tego energoelektronika zmieni kierunek przepływów energii, tj. skieruje całą energię elektryczną wytwarzaną przez silnik do akumulatorów.

Rzeczywiście, sam fakt, że koła powodują obrót magnesu, powoduje wytwarzanie energii elektrycznej w cewce. A ten prąd indukowany w cewce ponownie wygeneruje pole magnetyczne, które następnie spowolni magnes, a nie będzie go już przyspieszać, jak wtedy, gdy dzieje się to poprzez wstrzykiwanie prądu do cewki (a więc dzięki akumulatorowi)...

To właśnie hamowanie wiąże się z odzyskiem energii i dlatego umożliwia spowolnienie pojazdu w trakcie odzyskiwania energii. Ale są pewne problemy.

Jeśli będę chciał odzyskiwać energię, jadąc jeszcze ze ustabilizowaną prędkością (czyli hybrydą), do napędzania samochodu wykorzystam silnik cieplny, a jako generator (dzięki ruchom silnika) wykorzystam silnik elektryczny.

A jeśli nie chcę, aby silnik miał zbyt duże hamowanie (ze względu na generator), wysyłam prąd do generatora/silnika).

Podczas hamowania komputer rozdziela siłę pomiędzy hamulec regeneracyjny i zwykłe hamulce tarczowe, co nazywa się „hamowaniem kombinowanym”. Utrudnienie, a tym samym eliminacja nagłych i innych zjawisk, które mogą zakłócać jazdę (przy złym wykonaniu można poprawić wyczucie hamowania).

Problem związany z akumulatorem i jego pojemnością.

Pierwszy problem jest taki, że akumulator nie jest w stanie wchłonąć całej przekazanej mu energii, ma limit ładowania, który zapobiega włożeniu zbyt dużej ilości soku na raz. Ale przy pełnej baterii problem jest ten sam, nic nie je!

Niestety, gdy akumulator pobiera prąd, pojawia się opór elektryczny i to właśnie wtedy hamowanie jest najcięższe. Zatem im bardziej „pompujemy” wytworzoną energię elektryczną (a więc zwiększając opór elektryczny), tym silniejsze będzie hamowanie silnikiem. I odwrotnie, im bardziej poczujesz hamowanie silnikiem, tym bardziej będzie to oznaczać, że akumulatory się ładują (a raczej silnik wytwarza dużo prądu).

Ale, jak już powiedziałem, akumulatory mają granicę absorpcji, dlatego nie zaleca się nagłego i długotrwałego hamowania w celu naładowania akumulatora. Ten ostatni nie będzie w stanie go przywłaszczyć, a nadmiar wyrzuci do kosza…

Problem jest związany z postępowością hamowania regeneracyjnego

Niektórzy chcieliby, aby ich główną cechą było hamowanie regeneracyjne i dlatego zdecydowanie rezygnują z hamulców tarczowych, które są słabe energetycznie. Ale niestety sama zasada działania silnika elektrycznego uniemożliwia dostęp do tej funkcji.

Rzeczywiście, hamowanie jest silniejsze, gdy występuje różnica prędkości pomiędzy wirnikiem a stojanem. Zatem im bardziej zwalniasz, tym słabsze będzie hamowanie. Zasadniczo nie można unieruchomić samochodu w ten sposób, musisz mieć dodatkowe regularne hamulce, które pomogą zatrzymać samochód.

Dzięki dwóm połączonym osiom (tutaj hybrydyzacja E-Tense/HYbrid4 PSA), każda z silnikiem elektrycznym, można podwoić odzysk energii podczas hamowania. Oczywiście będzie to również zależeć od wąskiego gardła po stronie akumulatora... O ile ten ostatni nie będzie miał dużego apetytu, posiadanie dwóch generatorów nie będzie miało większego sensu. Możemy też wspomnieć o Q7 e-Tronie, którego cztery koła połączone są z silnikiem elektrycznym dzięki Quattro, jednak w tym przypadku na czterech kołach zamontowany jest tylko jeden silnik elektryczny, a nie dwa jak na schemacie (więc mamy tylko jeden generator)

3) Bateria jest nasycona lub obwód jest przegrzany

Jak już powiedzieliśmy, gdy akumulator jest w pełni naładowany lub otrzymuje zbyt dużo energii w zbyt krótkim czasie (akumulator nie może ładować się ze zbyt dużą prędkością), mamy dwa rozwiązania, aby uniknąć uszkodzenia urządzenia:

• Pierwsze rozwiązanie jest proste, odcinam wszystko... Za pomocą wyłącznika (sterowanego energoelektroniką) przecinam obwód elektryczny, powodując jego rozwarcie (powtarzam dokładnie określenie). Zatem prąd już nie płynie i nie mam już prądu w cewkach, a zatem nie mam już pól magnetycznych. W rezultacie hamowanie regeneracyjne przestaje działać i pojazd toczy się na biegu jałowym. To tak, jakbym nie miał już generatora i dlatego nie miałem już tarcia elektromagnetycznego, które spowalniałoby poruszające się masy.
• Drugie rozwiązanie polega na skierowaniu prądu, z którym nie wiemy już co zrobić, na rezystory. Te rezystory są zaprojektowane właśnie do tego i, szczerze mówiąc, są całkiem proste... Ich rola polega tak naprawdę na pochłanianiu prądu i odrzucaniu tej energii w postaci ciepła, stąd efekt Joule'a. Urządzenie to jest używane w ciężarówkach jako hamulce pomocnicze oprócz zwykłych tarcz/zacisków. Zamiast więc ładować akumulator, wysyłamy prąd do swego rodzaju „elektrycznych koszy na śmieci”, które rozpraszają ten ostatni w postaci ciepła. Należy pamiętać, że jest to lepsze niż hamowanie tarczowe, ponieważ przy tej samej intensywności hamowania hamulec reostatyczny nagrzewa się mniej (nazwa nadana hamowaniu elektromagnetycznemu, które rozprasza swoją energię w rezystorach).

Tutaj przecinamy obwód i wszystko traci swoje właściwości elektromagnetyczne (to tak jakbym skręcił kawałek drewna w plastikową cewkę to już nie było efektu)

Tutaj używamy hamulca reostatowego, który

4) modulacja siły hamowania regeneracyjnego

Dobrze, że pojazdy elektryczne mają teraz łopatki do regulacji siły powrotu. Ale jak zwiększyć lub zmniejszyć skuteczność hamowania regeneracyjnego? Jak upewnić się, że nie jest on zbyt mocny, aby jazda była znośna?

Cóż, jeśli w trybie regeneracyjnym 0 (bez hamowania regeneracyjnego) wystarczy wyłączyć obwód, aby modulować hamowanie regeneracyjne, trzeba będzie znaleźć inne rozwiązanie.

A wśród nich możemy następnie zwrócić część prądu do cewki. Bo jeśli wytwarzanie soku poprzez obracanie magnesu w cewce powoduje opór, to miałbym znacznie mniejszy (opór), gdybym natomiast sam wstrzyknął sok do cewki. Im więcej wstrzyknę, tym mniej będę miał hamulca, a co gorsza, jeśli wstrzyknę za dużo, w końcu przyspieszę (i wtedy silnik stanie się silnikiem, a nie generatorem).

Dlatego to właśnie część prądu ponownie wtryskiwanego do cewki powoduje, że hamowanie regeneracyjne będzie mniej lub bardziej skuteczne.

Aby powrócić do trybu jazdy na luzie, możemy nawet znaleźć inne rozwiązanie niż wyłączenie obwodu, a mianowicie wysłać prąd (dokładnie taki, jaki jest potrzebny), aby mieć wrażenie, że jesteśmy na trybie jazdy na luzie... Trochę tak, jak wtedy, gdy pozostań na środkowym pedale w trybie termicznym, aby parkować w stałym tempie.

Tutaj wysyłamy trochę prądu do uzwojenia, aby zmniejszyć „hamulec silnikowy” silnika elektrycznego (w rzeczywistości nie jest to hamulec silnikowy, jeśli chcemy być precyzyjni). Możemy nawet uzyskać efekt swobodnego poruszania się, jeśli wyślemy wystarczającą ilość prądu, aby ustabilizować prędkość.

Wszystkie komentarze i reakcje

Dernier komentarz opublikowany:

Rejana (Data: 2021, 07:15:01)

Witaj,

Kilka dni temu umówiłem się z dealerem Kia na planową konserwację mojego Soul EV 48000 po przebiegu 2020 XNUMX mil. A ?? moje wielkie zdziwienie, doradzono mi wymianę wszystkich przednich hamulców (tarcz i klocków), bo były już skończone!!

Powiedziałem kierownikowi serwisu, że nie jest to możliwe, ponieważ od początku maksymalnie wykorzystałem hamulce regeneracyjne. Jego odpowiedź: Hamulce samochodu elektrycznego zużywają się jeszcze szybciej niż w zwykłym samochodzie!

To naprawdę zabawne. Lektura Twojego wyjaśnienia działania hamulców regeneracyjnych potwierdziła, że ​​samochód jest spowalniany w innym procesie niż standardowe hamulce.

II. 1 reakcja(e) na ten komentarz:

• Administrator ADMINISTRATOR STRONY (2021-07-15 08:09:43): Bycie dilerem i mówienie, że samochód elektryczny szybciej zużywa hamulce, to wciąż granica.

  Bo jeśli nadmierna waga tego typu auta logicznie ma prowadzić do szybszego zużycia, to regeneracja odwraca ten trend.

  Być może poziom odzyskiwania 3 wykorzystuje hamulce równolegle, aby sztucznie zwiększyć siłę hamowania silnikiem (wykorzystując w ten sposób siłę magnetyczną silnika i hamulców). W takim przypadku możesz zrozumieć, dlaczego hamulce zużywają się szybciej. A przy częstym stosowaniu regeneracji będzie to powodować, że klocki przez długi czas będą dociskać tarcze z nieprzyjemnym ciepłem wynikającym ze zużycia (kiedy uczymy się jeździć, mówi się nam, że nacisk na hamulce powinien być mocny, ale krótki, aby ograniczyć ogrzewanie).

  Dobrym pomysłem byłoby, gdybyś mógł na własne oczy zobaczyć zużycie tych przedmiotów i sprawdzić, czy dealer próbuje wprowadzać nielegalne numery (mało prawdopodobne, ale prawdą jest, że „tutaj możemy w to wątpić”).

(Twój post będzie widoczny pod komentarzem po weryfikacji)

Napisz komentarz

W celu konserwacji i napraw: