Что такое рекуперативное торможение электромобиля? Теория, преимущества и проблемы

Тормозная система — широко распространенный термин в автомобильной промышленности. Когда транспортное средство поступает на рынок, одной из спецификаций будет тип торможения. Барабанные и дисковые тормоза являются распространенными тормозными системами в обычных автомобилях. Электромобиль играет важную роль в популяризации системы рекуперативного торможения. Давайте посмотрим, что означает рекуперативное торможение? Как рекуперативное торможение работы и как это влияет на транспортное средство.

Как останавливается транспортное средство?

Первый закон движения Ньютона гласит, что объект остается в состоянии покоя или равномерного движения, пока на него не действует внешняя сила.

Чтобы остановить движущееся транспортное средство, обладающее кинетической энергией, должна действовать внешняя сила.

Сила, действующая при торможении автомобиля в обычной тормозной системе, называется силой трения. При торможении движущегося транспортного средства кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию в тормозном барабане и на остановках автомобиля.

Транспортное средство движется немного, прежде чем остановиться, даже если мы нажимаем на тормоз. Знаете ли вы, почему автомобиль не останавливается мгновенно при торможении? Это еще одна тема для обсуждения.

Что такое рекуперативное торможение?

Регенеративное торможение — это вид торможения, при котором энергия накапливается в системе накопления энергии, когда автомобиль тормозит и замедляется. Регенеративное торможение в первую очередь предназначено для электромобилей из-за простоты реализации.

Электрическая машина в электромобиле действует как генератор во время торможения, преобразует кинетическую энергию в электрическую и сохраняет ее в аккумуляторе. Источником энергии электромобиля является аккумулятор . Энергия, которая была восстановлена, может быть использована для ускорения транспортного средства. Следовательно, энергия, которая была бы потеряна, сохраняется и повторно используется за счет рекуперативного торможения.

Прочтите старый пост о рекуперативном торможении двигателей Tesla.

Как работает рекуперативное торможение?

Асинхронные двигатели переменного тока и СДПМ в настоящее время широко используются в электромобилях . Разработка контроллеров силовой электроники упростила управление скоростью двигателя. Инвертор преобразует постоянный ток, хранящийся в батарее, в трехфазный переменный ток и приводит в действие двигатель электромобиля.

IGBT и их импульсы затвора управляют выходным напряжением и током инвертора. Удивительно, но инвертор не только преобразует постоянный ток в переменный, но также передает 3-фазную мощность от двигателя к аккумулятору, преобразуя его в постоянный. Это происходит при правильном управлении стробирующими импульсами схемы преобразователя. Мы бы предпочли назвать преобразователь двунаправленным преобразователем мощности. .

Как работает рекуперативное торможение?

Когда водитель нажимает педаль привода электромобиля, возникает запрос крутящего момента, и на основе запроса крутящего момента блок управления автомобилем рассчитывает требуемые сигналы тока и напряжения для двигателя.

В дополнение к входу педали привода вход педали тормоза также используется контроллером транспортного средства, чтобы решить, является ли запрос крутящего момента отрицательным или положительным. Торможение требует отрицательного крутящего момента, а ускорение требует положительного крутящего момента. Затем, оценив все остальные ограничения, электромобиль пытается применить рекуперативное торможение.

Как только решение принято, импульсы затвора в цепи преобразователя регулируются таким образом, чтобы передавать энергию от двигателя к аккумулятору.

В случае, если электрическая машина представляет собой параллельный двигатель постоянного тока, двунаправленный преобразователь постоянного тока поможет рекуперировать энергию. (Рекуперация энергии — это еще одно слово, используемое для рекуперативного торможения).

Преимущества рекуперативного торможения

Во-первых, рекуперативное торможение экономит энергию, которая была бы потеряна в виде тепла при фрикционном торможении. Запас хода электромобиля действительно имеет значение, и дополнительное расстояние можно проехать за счет энергии рекуперативного торможения. Таким образом, запас хода чистого электромобиля может быть увеличен на 10-15% при обычных поездках по дорогам. Это также зависит от ездового цикла. , местность и т. д.

Максимум 32% восстановления сил электромобиля произошло, когда он поднялся на холм и вернулся обратно.

Комбинация фрикционного тормоза и рекуперативного тормоза продлевает срок службы компонентов. Комбинированное использование в определенной степени снижает износ механических компонентов тормозной системы.

Проблемы рекуперативного торможения

Электромобиль вообще оборудован фрикционным торможением. К сожалению, в электромобилях рекуперативное торможение не может быть самостоятельным. Причина в том, что не всегда возможно эффективно применить рекуперативное торможение в электромобиле.

Состояние заряда (SOC) аккумулятора, скорость автомобиля, сила нажатия на педаль тормоза и т. д. влияют на эффективность рекуперативного торможения. Иногда для остановки автомобиля приходится предпочитать фрикционное торможение.

Электромобиль с полностью заряженным аккумулятором нельзя использовать для рекуперативного торможения. Очевидно, что батарея не может принять больше заряда. При этом торможение должно быть фрикционным. В любой ситуации, когда аккумулятор не может принять заряд, фрикционное торможение имеет приоритет над рекуперативным торможением.

Подробнее об аккумуляторах для электромобилей читайте здесь.

Срок службы батареи является важной проблемой в электромобилях. Клиенты всегда предпочли бы долгий срок службы батареи, поскольку замена является дорогостоящим процессом. Частые циклы зарядки-разрядки резко сокращают срок службы батареи.

Печально то, что рекуперативное торможение увеличивает количество циклов зарядки-разрядки аккумулятора и сокращает срок его службы.

Аккумулятор не может принимать большое количество энергии, вырабатываемой при торможении автомобиля, и существуют методы, объединяющие ультраконденсатор и аккумулятор, чтобы преодолеть этот недостаток.

Скорость автомобиля имеет значение при рекуперативном торможении. Предположим, что автомобиль движется с очень низкой скоростью. и в этом случае эффективность рекуперативного торможения будет намного ниже. Удержание энергии на низкой скорости также влияет на комфорт водителя.

Старт-стопный режим вождения, особенно городской, является наиболее предпочтительной и эффективной областью рекуперативного торможения.

Где может быть эффективным рекуперативное торможение?

Как объяснялось в предыдущем разделе, рекуперативное торможение не может применяться во всех ситуациях и на всех транспортных средствах. Электрический грузовик, электропоезд, электромобиль и т. д. были бы лучшим выбором для применения рекуперативного торможения. Их большой импульс облегчает сбор энергии во время торможения.

Это не так эффективно в небольших электромобилях. Вес транспортного средства является фактором, влияющим на рекуперацию энергии. Например, электрические скутеры и велосипеды не могут обеспечить достаточное количество энергии обратно в батарею во время торможения.

Несколько электрических скутеров имеют возможность рекуперации энергии в качестве дополнительной функции для привлечения клиентов. Насколько они эффективны, мы не совсем уверены.