Система рекуперативного торможения: О некоторых особенностях системы рекуперативного торможения

Содержание

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.
    
 

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!

Тормозить и запасать: системы рекуперации в современных машинах


Десятки машин с системой Bosch и Eaton уже более десяти лет эксплуатируются в США, и их гибридный привод проявил себя как надежный и недорогой. Суть работы такой установки заключается в возможностях гидромотора, который при торможении закачивает рабочую жидкость в большой гидроаккумулятор – трубу со сжатым газом. При разгоне машины газ вытесняет жидкость, жидкость крутит тот же гидромотор и помогает экономить топливо. В системе нет дорогих аккумуляторов, и ресурс ее очень велик. Мощность гидромоторов тоже велика, а стоимость, наоборот, крайне низкая.

Одна загвоздка: гидроаккумулятор имеет большие габариты и массу, и реально его энергии хватает на один-два цикла разгона и торможения, пробег без включения ДВС составляет всего пару километров для легковой машины и сотни метров для грузовика. При использовании на автобусах или мусоровозах подобная система позволяет полностью отказаться от использования традиционных тормозных механизмов, гидромотор может замедлить машину вплоть до полной остановки. В этом пневмогидравлический рекуператор даже превосходит электрические системы, те при малой скорости вращения колес уже не эффективны.

Дополнительным плюсом является возможность запасти энергию надолго, на часы и дни. В отличие от маховиков, которые уже через десятки минут теряют солидную часть запасенной мощности. К сожалению, масштабные планы компании Peugeot были прохладно восприняты новыми акционерами из китайской Dongfeng, а также партнерами по разработке системы из Ford. Но судя по новостям, именно китайские грузовики Dongfeng могут оказаться следующими массовыми носителями этой технологии.

Электроторможение с рекуперацией

Главным конкурентом этих безусловно интересных, но обладающих множеством ограничений схем выступает уже классическая электрическая схема с электромотором, аккумуляторами или суперконденсаторами.

Обычное электрическое торможение и рекуперация хороши уже тем, что используются на железной дороге около 60 лет и отработаны до мелочей. Все конструктивные схемы с синхронными, асинхронными и коллекторными двигателями давно известны и рассчитаны. Энергия передается обратно в питающую сеть, запасается в аккумуляторы или суперконденсаторы и может быть использована через длительное время.

Основная беда электрических тормозов в том, что они плохо сочетаются с ДВС, и для эффективного использования электроэнергии пришлось совместить обычный двигатель внутреннего сгорания и всю атрибутику электромобиля – аккумуляторы и тяговый электродвигатель – в одном механизме. Получившиеся гибриды обычно так и называют просто «гибридами». И несмотря на сложность и высокую массу такой схемы, в данный момент она является единственной серийно использующейся в легковом автомобилестроении и уже весьма популярной.

Гибриды на данный момент оказываются самым перспективным направлением развития автомобилей с точки зрения снижения расхода топлива, а прогресс в создании аккумуляторных батарей и развитие так называемых «подзаряжаемых гибридов», по сути являющихся промежуточным звеном между чистыми электромобилями и гибридами, делает их важным элементом в эволюции персонального автотранспорта.

В 1997 году вышла первая серийная Toyota Prius, которая остается на данный момент самой популярной гибридной машиной и законодателем мод в своем классе. В ее схеме приняли решение использовать электромоторы малой мощности и недорогую никель-металлгидридную аккумуляторную батарею также малой мощности, а для компенсации этих недостатков наделили машину очень сложной трансмиссией со множеством режимов работы ДВС, электродвигателя и генератора. Успех этой схемы сильно повлиял на развитие подобных технологий у других производителей. Сейчас число моделей машин с гибридным приводом перевалило за два десятка.


Система рекуперативного торможения: рекуперация энергии

На чтение 3 мин. Просмотров 318

Во время торможения абсолютно любого автомобиля бесполезно тратится кинетическая энергия, которая преобразовывается в тепло и просто рассеивается в окружающей среде. Но данную проблему можно решить на электрических машинах с помощью рекуперации остановки. Благодаря представленной статье вы сможете узнать, что такое рекуперация энергии торможения.

До сегодняшнего времени энергия, которая образовывается во время остановки транспортного средства, не использовалась и просто рассеивается в окружающей среде. Но теперь данную проблему удалось решить на электрических машинах с помощью рекуперации в момент остановки. Основная задача системы заключается в преобразовании выработанной во время остановки автомобиля энергии в электричество. Благодаря представленной статье вы сможете узнать, что такое система рекуперативного торможения, а следовательно и рекуперация энергии торможения.

Рекуперация энергии торможения

Основная информация о рекуперации энергии торможения

Во время передвижения автомобиля, а особенно по городу, практически постоянно водителю приходится разгоняться и тормозить. Во время разгона мощность двигателя затрачивается на увеличение скорости, а во время остановки кинетическая энергия транспортного средства попросту теряется. Именно для того, чтобы пользоваться данной мощностью и была разработана рекуперация торможения, при помощи которой проходит заряжение аккумуляторной батареи.

Самым элементарным способом это реализуется на гибридном транспортном средстве. Современные гибридные машины используют систему рекуперативной остановки. В основании данной системы лежит электронный метод рекуперации.

При передвижении машина обязательно имеет кинетическую энергию. Во время произведения остановки автомобиля, используя традиционную тормозную систему, переизбыток кинетической силы перевоплощается в тепловую и рассеивается по окружающей среде.

Замедляющий эффект производится при помощи электрического двигателя, который включается в трансмиссии машины. Во время произведения остановки транспортного средства электронный двигатель функционирует в генерирующем режиме, на валике двигателя образовывается момент торможения и электричество, сохраняемая в аккумуляторе. Сохраненная электричество применяется впоследствии для передвижения машины.

Использование данной системы гарантирует максимальную передачу от каждой зарядки аккумулятора и высокий уровень экономии топлива. Рекуперация энергии торможения является самой эффективной на передней оси машины, потому как до семидесяти процентов силы во время торможения приходится на именно на данную ось.

Благодаря отдельному электронному блоку руководства реализуются такие функции:

  • Контролирование скорости кручения колес автомобиля;
  • Поддержка тормозного момента электронного двигателя, который необходим для остановки машины;
  • Поддержка момента кручения, который необходим для заряжения аккумулятора
  • Перераспределение тормозного усилия на фракционную тормозную систему.

Механическая связь между колодками и педалькой торможения представленной тормозной системы отсутствует. Анализируя действия водителя и характер передвижения машины, электроника принимает решение об остановке.

Система рекуперации кинетической энергии

Существует не только электрический метод рекуперации энергии остановки, но и такие методы как:

  • Гидравлический;
  • Пневматический;
  • Механический.

Самым распространенным из вышеперечисленных способов считается механический, а также разработанная на его основании система рекуперативного торможения. В такой системе кинетическая энергия передвигающегося транспортного средства возвращается во время остановки и сохраняется для последующего применения при помощи маховика. Главное отличие рекуперации энергии от системы рекуперативной остановки заключается в том, что система не может создавать тормозной момент.

Маховичок включается в трансмиссию транспортного средства, вращение происходит в вакуумной емкости и во время остановки способно разгоняться до шестидесяти тысяч оборотов за минуту. Устройство системы дает возможность сохранять энергию до шестисот килоджоулей и передавать мощность до восьмидесяти лошадиных сил или шестидесяти киловатт. Сохраненный запас энергии применяется в кратковременном скоростном рывке во время передвижения или начале движения.

Применяется в машинах «Формула 1», начиная с две тысячи девятого года. Что касается серийного применения, то оно только в планах разработчиков.

Существует мнение, что первыми к серийному использованию придут разработчики от компании «Вольво». Разработчики компании «Вольво» заявляют о том, что при использовании процесса рекуперации топливные затраты уменьшаются на двадцать процентов, а также значительно сокращаются вредные выбросы.

Рекуперативное торможение — это… Что такое Рекуперативное торможение?

Toyota Prius 2004 — серийный (с 1997) автомобиль с системой рекуперативного торможения

Рекуперати́вное торможе́ние — вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.

Рекуперативное торможение широко применяется на электровозах, электропоездах, современных трамваях и троллейбусах, где при торможении электродвигатели начинают работать как электрогенераторы, а вырабатываемая электроэнергия передаётся через контактную сеть либо другим электровозам, либо в общую энергосистему через тяговые подстанции.

Аналогичный принцип используется на электромобилях, гибридных автомобилях где вырабатываемая при торможении электроэнергия используется для подзарядки аккумуляторов. Некоторые контроллеры двигателей электровелосипедов реализуют рекуперативное торможение.

Проводились также эксперименты по организации рекуперативного торможения других принципов на автомобилях; для хранения энергии использовались маховики, пневматические аккумуляторы (англ.), гидроаккумуляторы и другие устройства.[1]

Использование в автомобилестроении

Использование на легковых и грузовых автомобилях

С развитием рынка гибридных и электроавтомобилей система рекуперации зачастую используется для увеличения дальности пробега автомобиля на электрическом заряде. Наиболее распостраненными автомобилями этих классов является Toyota Prius, Chevrolet Volt.

Есть отдельные случаи применения системы рекууперации для автомобилем с привычным бензиновым двигателем для сокращения расхода топлива. Такая система разрабатывалась на а/м Ferrari для обеспечения функционирования внутренних мультимедийных и климатических систем автомобиля от одельной батареи, заряжаемой рекуперируемой энергией.

Использование в автоспорте

В сезоне 2009 года в «Формуле-1» на некоторых болидах использовалась система рекуперации кинетической энергии (KERS). Рассчитывалось, что это подстегнёт разработки в области гибридных автомобилей и дальнейшие совершенствования данной системы.

Впрочем, у «Формулы-1» с её мощным двигателем разгон на малых скоростях ограничивается сцеплением шин, а не крутящим моментом. На высоких же скоростях использование KERS не столь эффективно. Так что, по результатам сезона-2009, оснащённые данной системой болиды не демонстрируют превосходства над соперниками на большинстве трасс. Однако, это может объясняться не столько неэффективностью системы, сколько трудностью её применения в условиях строгих ограничений на вес машины, действовавших в 2009 году в Формуле-1. После соглашения команд не использовать KERS в 2010 году для сокращения издержек, в сезоне 2011 года использование системы рекуперации было продолжено.

По состоянию на 2012 год, на систему KERS налагаются следующие ограничения[2]: передаваемая мощность не более 60 кВт (около 80 л.с.), ёмкость хранилища не более 400 кДж. Это означает, что 80 л.с. можно использовать не более 6.67 с на круг за один или несколько раз. Таким образом, время круга можно уменьшить на 0.1-0.4 с.

Техническим регламентом «Формулы-1», утвержденным FIA на 2014 год предусмотрен переход на более эффективные турбомоторы, в которые будет неотъемлемо встроена система рекуперации.

Использование на железных дорогах

Рекуперативным торможением на железнодорожном транспорте (в частности, на электровозах, оборудованных системой рекуперативного торможения) называется процесс преобразования кинетической энергии движения поезда в электрическую энергию тяговыми электродвигателями (ТЭД), работающими в режиме генераторов. Выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть (в отличие от реостатного торможения, при котором выработанная электрическая энергия гасится на тормозных резисторах, то есть преобразовывается в тепло и рассеивается системой охлаждения). Рекуперативное торможение используется для подтормаживания состава в случаях, когда поезд идет по относительно не крутому уклону вниз и использование воздушного тормоза нерационально. То есть, рекуперативное торможение используется для поддержания заданной скорости при движении поезда по спуску. Данный вид торможения дает ощутимую экономию энергии, так как выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть и может быть использована другими локомотивами на данном участке контактной сети.

В основном, рекуперативным торможением оборудуются электровозы постоянного тока ввиду простоты метода переключения ТЭД в режим генератора. В электровозах переменного тока существует проблема, которая заключается в преобразовании выработанного постоянного электрического тока в переменный и синхронизация его с частотой тягового тока (так как тяговый ток в контактной сети переменный), однако эта проблема решается с помощью тиристорных преобразователей [3].

Рекуперативное торможение на железнодорожных локомотивах может использоваться для подтормаживания в экстренных аварийных случаях при отказе воздушного тормоза, что не является редкостью на отечественных железных дорогах. В частности, имеются сведения о неоднократном применении машинистами рекуперативного торможения на крутом участке Кропачево — Симская (Челябинская область).[4] Следует отметить, что штатное торможение на локомотивах производится стравливанием воздуха (стоп-кран в пассажирских вагонах), а при полном отсутствии в системе воздуха тормоза блокируются.[5]

Примечания

См. также

Ссылки

Рекуперативное торможение — что это и когда будет наших авто?

Рекуперативное торможение — что это такое и как работает?

Друзья, вы наверняка замечали, что в последние годы тема всевозможных возобновляемых и экологически чистых источников энергии муссируется очень активно.

В связи с этим хотелось бы поговорить о системе, которая просто таки творит чудеса — система рекуперативного торможения.

Во первых хочется сказать, эта новомодная система добралась все-таки и до любимых нами легковушек. Теперь уже практический каждый автопроизводитель имеет в своём арсенале по парочке моделей с гибридной силовой установкой, а то и вообще электромобиль.

Рекуперативное торможение — источник энергии

В чём же суть данной технологии? Оказывается, что во время движения наши с Вами автомобили не только поглощают энергию, съедая топливо, но и выделяют её.

Происходит это, как правило, во время торможения, когда масса кинетической энергии улетучивается в виде тепла от тормозных механизмов в атмосферу. «Зачем же нам греть воздух, если можно использовать её в других целях», — как-то раз задумались инженеры.

Результатом их трудов и стала система рекуперативного торможения, то есть такая, которая возвращает часть выделяющейся энергии обратно, в организм автомобиля, где потом используется вновь, а это значит, что мы экономим.

Проще всего такой фокус можно реализовать на гибридных машинах и электромобилях. Почему? Ответ будет дальше.

Кстати, автомобильный транспорт не единственный, где можно встретить рекуперационные системы. Довольно активно и давно они используется на железной дороге у электровозов, а также на городском электротранспорте – трамваях и метро.

Как сохранить энергию торможения?

С сутью рекуперации мы, кажется, разобрались, теперь остаётся выяснить, как она реализована на практике. Есть несколько способов повернуть энергию, выделяющуюся при торможении, в нужное русло. Мне известны только два:

  • электрический;
  • механический.

Электрический метод

Электрическое рекуперативное торможение, с технологической точки зрения можно назвать самым доступным, и именно он наиболее точно подходит под определение этой системе.

Система рекуперативного торможения

Электрический метод актуален для автомобилей с гибридными моторами (ДВС + электропривод) или для электромобилей.

Главную роль тут играют электродвигатели, которые благодаря своим свойствам, могут не только крутить колёса, но и крутиться сами под воздействием внешних сил, превращаясь в генераторы.

В момент рекуперативного торможения, электромотор переключается в генераторный режим и создаёт дополнительное останавливающее усилие на осях. В этом случае он уже не потребляет энергию аккумулятора, а наоборот, подзаряжает его, и так повторяется каждый раз, когда вы нажимаете на тормоз.

Таким образом, по подсчётам автопроизводителей, подобная система рекуперации на гибридном авто экономит до 30% запасов топлива.

Необходимо отметить, что в зависимости от скорости машины, электроника сама выбирает как ей лучше оттормаживаться – с помощью электродвигателя или традиционными методами.

//www.youtube.com/watch?v=yfo6U3bUISM

Механический способ

Механическое рекуперативное торможение. По сути, это не система рекуперативного торможения, а система рекуперации кинетической энергии, так как она не способствует тому, чтобы автомобиль остановился, а просто накапливает часть энергии, выделяющейся во время снижения скорости.

В данном методе в качестве ключевого элемента используется маховик, который раскручивается во время торможения и затем отдаёт эту кинетическую энергию по мере дальнейшего движения авто.

Вращается маховик в вакуумной камере, а при торможении автомобиля раскручивается до 60000 об/мин. Конструкция такова, что она сохраняет энергию во вращательном маховике до 600 кДж, а при отдаче выдает мощность до 60 кВт, что составляет 80 л.с.

Такая система, получившая название KERS, несколько лет назад эксплуатировалась на гоночных машинах Формулы-1, где позволяла кратковременно добавить двигателю внутреннего сгорания ещё несколько десятков лошадиных сил.

В гражданской технике рекуперативное торможение пока является экзотикой и серийно не устанавливается.

Система KERS — рекуперация кинетической энергии (Kinetic Energy Recovery Systems)

Таким образом, наши дорогие читатели, мы видим, что игры с кинетической энергией, выделяющейся при торможении, могут давать вполне ощутимые результаты в виде экономии топливных ресурсов.

Но, справедливости ради, нужно заметить, что все эти системы довольно дорогое удовольствие, которое пока что очень осторожно становится массовым продуктом.

//www.youtube.com/watch?v=IUo7k8KE6nk

На этом всё, спасибо за внимание и до новых встреч!

Прототип Audi e-tron: испытание системы рекуперации > 08 > Архив новостей: 2018 год > Новые автомобили Audi 2020-2021

Система рекуперации энергии обеспечивает до 30% запаса хода электромобиля. Она включает два электродвигателя и интегрированную электрогидравлическую систему управления торможением. Впервые объединены три различных режима рекуперации: ручная рекуперация энергии при движении накатом, управляемая подрулевыми переключателями; автоматическая рекуперация энергии за счет работы ассистента эффективности движения; рекуперация энергии при плавном переходе между торможением электродвигателями и торможением с помощью гидравлической тормозной системы. Замедление с интенсивностью до 0,3 g прототип Audi e-tron обеспечивает только посредством электродвигателей, без использования гидравлической системы. Этого достаточно для более чем 90% всех ситуаций торможения, благодаря чему энергия возвращается в батарею при обычных условиях движения.

Водитель может отрегулировать производительность рекуперации при движении накатом, используя подрулевые переключатели. При выборе наименее интенсивного уровня рекуперации тормозной момент при движении накатом отсутствует. При выборе наиболее интенсивного уровня рекуперации электромобиль интенсивно замедляется при сбросе скорости, благодаря чему водитель может снижать скорость и разгоняться, используя только педаль акселератора. Это создает ощущение «одной педали». При таком режиме производительности рекуперации необходимость в использовании педали тормоза отпадает.

Колесные тормозные механизмы подключаются, когда требуемая степень замедления превышает 0,3 g и водитель использует педаль тормоза. Благодаря электрогидравлической системе управления торможением колесные тормозные механизмы подключаются мгновенно. Бренд Audi стал первым в мире автопроизводителем, который использовал такую концепцию в серийной модели электромобиля. Гидравлический поршень в компактном тормозном модуле генерирует достаточное давление, чтобы обеспечить дополнительную мощность при рекуперативном торможении. Когда срабатывает система экстренного торможения, между началом торможения и развитием максимального тормозного давления проходит всего 150 миллисекунд. Благодаря такому быстрому росту давления тормозной путь сокращается на величину до 20% по сравнению с тормозным путем при работе традиционных тормозных систем.

В зависимости от ситуации на дороге интегрированная электрогидравлическая система управления торможением принимает решение и включает электронное управление для каждой отдельной оси, определяя способ замедления прототипа Audi e-tron: с помощью электродвигателя, с помощью колесных тормозных механизмов или комбинируя оба варианта. Педаль тормоза напрямую не связана с гидравлическим контуром рабочей тормозной системы. Переход от торможения электродвигателем к торможению с помощью гидравлической тормозной системы осуществляется настолько плавно, что водитель даже не замечает этого. Такая система позволяет электрическому кроссоверу максимально эффективно использовать потенциал рекуперативного торможения при поддержке ассистента эффективности движения. Для определения дорожной ситуации и прогнозирования система использует радарные датчики, изображения с видеокамер, данные системы навигации и информацию взаимодействия автомобиля с другими объектами (car-to-X). Необходимая информация дублируется на виртуальной приборной панели Audi virtual cockpit, рекомендуя водителю в нужный момент убрать ногу с педали акселератора. Взаимодействуя с опционной системой адаптивного круиз-контроля, ассистент эффективности движения может заранее замедлять или разгонять электрический кроссовер.

Что такое рекуперативное торможение?

В гибридных и электромобилях

применяются аккумуляторные технологии, аэродинамика и другие инженерные достижения для достижения эффективности вождения. Одной из таких функций, используемых в этих энергосберегающих транспортных средствах, является рекуперативное торможение. Рекуперативное торможение улавливает энергию, которая в противном случае теряется во время торможения, а затем использует эту мощность для зарядки аккумулятора автомобиля.

Как работает рекуперативное торможение

Чтобы понять, как работает рекуперативное торможение, сначала необходимо знать, как работает обычная тормозная система.Когда вы наступаете на педаль тормоза автомобиля, диски и тормозные колодки создают трение при встрече. В свою очередь, трение создает кинетическую энергию, которая рассеивается в окружающей среде в виде тепла.

Рекуперативное торможение восстанавливает часть кинетической энергии, которая в противном случае превратилась бы в тепло, и вместо этого преобразует ее в электричество. В этой системе двигатель приводит в движение колеса во время разгона или движения, но колеса приводят в движение двигатель при замедлении. Этот двусторонний поток энергии позволяет двигателю действовать как генератор, сопротивляясь вращению колес и создавая электричество для подзарядки аккумулятора транспортного средства.

Есть два условия, при которых происходит регенерация:

1. Когда водитель нажимает педаль тормоза

2. Когда водитель отпускает педаль акселератора, и автомобиль движется по инерции

В обоих случаях система вырабатывает электричество для подзарядки батарея. Водители могут видеть этот регенеративный эффект на индикаторе заряда автомобиля, который показывает его как энергию, текущую от колес к аккумулятору.

Количество электроэнергии, вырабатываемой системой, пропорционально уровню тормозного усилия.Это означает, что чем сильнее тормозное усилие, тем больше электрический ток. В конечном итоге количество энергии, улавливаемой системой, зависит от скорости автомобиля и продолжительности торможения.

При торможении система автоматически распределяет часть тормозного усилия на рекуперацию энергии, а часть — на обычную тормозную систему. Таким образом, система одновременно выполняет двойную задачу: замедление движения транспортного средства и подзарядку аккумулятора для повышения эффективности и увеличения дальности электрического движения.

Эффективность системы рекуперативного торможения

Каждый год появляются новые гибридные модели или электромобили со все более совершенными системами рекуперативного торможения, увеличивая количество энергии, которую эти системы могут улавливать. В некоторых случаях новейшие системы рекуперативного торможения могут восстанавливать до 70% кинетической энергии, которая в противном случае терялась во время торможения.

В зависимости от того, сколько владелец водит на своем автомобиле, это может добавить до сотен миль дополнительного электрического запаса хода в течение года.Это уменьшает количество поездок к топливному насосу для гибридов и снижает потребность в чистых электромобилях для подключения к электросети.

Недостатки рекуперативного торможения

Как и все остальное, рекуперативное торможение имеет свои недостатки. Наиболее очевидное — снижение эффективности на малых оборотах. В медленно движущемся транспортном потоке с остановками и остановками рекуперативное торможение не может улавливать много энергии и возвращать ее обратно в аккумулятор, что значительно снижает преимущества системы для многих пассажиров в час пик.

Еще одним недостатком некоторых систем рекуперативного торможения является то, как они меняют чувствительность педали тормоза и модуляцию. В зависимости от автомобиля и конструкции рекуперативные тормоза могут на мгновение казаться невосприимчивыми 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 такого же тормозного усилия, как обычные тормоза, что требует от водителей более сильного нажатия на педаль тормоза. Водители должны знать об этой возможности и соответствующим образом корректировать свой стиль вождения.

Многие новые системы рекуперативного торможения работают намного лучше, чем ранние образцы технологии, ощущаясь более естественными для водителя и предлагая тот же уровень эффективности, что и обычные системы. При тестировании гибридных и электромобилей обязательно обращайте пристальное внимание на то, как работают тормоза. Вы можете вообще не заметить никакой разницы.

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 электрического диапазона, системы рекуперативного торможения продлевают срок службы тормозов благодаря их низким характеристикам износа. Преимущества этой технологии очевидны и помогают сделать экологически чистые автомобили еще более привлекательными для потребителей.

Как это работает: рекуперативное торможение

Breadcrumb Trail Links

  1. Как это работает
  2. Электромобили

Благодаря этой крутой технологии, электрифицированные транспортные средства ускоряются за счет отходов энергии

Автор статьи:

Джил МакИнтош Мягкая гибридная трансмиссия на 48 В — Поток энергии во время рекуперации с подключенным двигателем. Фото Audi

Содержание статьи

Раньше тормоза были просто тормозами — вы нажимали на педаль, и ваш автомобиль замедлялся.Но по мере того, как все больше автомобилей оснащаются электромоторами — гибридами или полностью работающими от батарей, — все больше и больше становится рекуперативное торможение.

Объявление

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

Содержание статьи

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

Вот почему обычные гибриды не нужно подключать: они используют рекуперативное торможение для подзарядки своих батарей во время движения.Электромобили (EV) в основном расходуют заряд, который они накапливают при подключении к розетке, но используют рекуперативное торможение, чтобы зарядить аккумулятор.

В дополнение к регенеративной системе все электрифицированные автомобили имеют обычные тормозные системы, как и обычные автомобили. В них используются металлические диски, называемые роторами, которые расположены за колесами и вращаются вместе с ними. Когда вы нажимаете педаль тормоза, давление гидравлической жидкости плотно прижимает металлические тормозные колодки к роторам, и возникающее трение замедляет движение автомобиля.

Объявление

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

Содержание статьи

  1. Как это работает: зарядка электромобиля

  2. Как это работает: батареи 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 тоже не работают — и эта энергия теряется.Идея рекуперативного торможения состоит в том, чтобы улавливать эту потерянную в противном случае кинетическую энергию и использовать ее, преобразовывая в электричество.

Улавливание кинетической энергии при торможении

В электрифицированном транспортном средстве электродвигатель приводит в движение колеса либо вместе с бензиновым двигателем, как у гибрида, либо самостоятельно в электромобиле с аккумулятором. Когда вы двигаетесь вперед, двигатель вращается в этом направлении, снабжая колеса электроэнергией.

Объявление

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

Содержание статьи

Но когда вы снижаете скорость, убирая ногу с дроссельной заслонки, электродвигатель перестает подавать энергию, поэтому автомобиль замедляется. Когда двигатель останавливается, он немедленно отключается, а затем начинает вращаться в обратном направлении. Трансмиссия все еще находится в режиме Drive, поэтому колеса не меняются; вместо этого он действует как генератор. Он улавливает кинетическую энергию от колес, когда они замедляются, и преобразует ее в электричество. Затем он сохраняется в аккумуляторной батарее и отправляется обратно в электродвигатель, когда он необходим для приведения в движение колес транспортного средства.

«Вождение с одной педалью»

Количество захваченной энергии может зависеть от конфигурации системы. В некоторых из них водитель может решить, сколько рекуперативного торможения использовать, обычно перемещая рычаг переключения передач при замедлении. Когда выбрано более агрессивное торможение, система улавливает и накапливает больше энергии, но автомобиль также замедляется раньше, а в некоторых случаях может полностью остановиться.

Объявление

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

Содержание статьи

Автопроизводители часто называют это вождением с одной педалью. Со временем водители смогут преодолевать интенсивное движение, используя только дроссельную заслонку, ускоряясь достаточно, чтобы двигаться вперед по мере необходимости, а затем отпуская педаль и позволяя рекуперативному торможению остановиться.

Но регенеративной системы недостаточно, чтобы остановить автомобиль в любой ситуации, особенно при движении на высоких скоростях, и именно поэтому каждый гибридный автомобиль или автомобиль с батарейным питанием также имеет обычные гидравлические тормоза.Хорошая новость заключается в том, что, поскольку регенеративная система также замедляет автомобиль, тормоза не должны работать так сильно. Водители обычно обнаруживают, что их гибриды или электромобили требуют новых тормозов гораздо реже, чем обычные автомобили.

Объявление

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

Содержание статьи

Характеристики вождения определяют поглощение энергии

Гибриды обычно экономят больше топлива в городском потоке, чем на шоссе, и не всегда из-за скорости.Им необходимо рекуперативное торможение для зарядки своих аккумуляторов, но если вы поддерживаете постоянную скорость и не снижаете скорость на шоссе, аккумулятор питает электродвигатель (который либо усиливает бензиновый двигатель, либо запускает транспортное средство самостоятельно, в зависимости от в зависимости от условий движения), ничего не получая от рекуперативной системы. Когда он становится слишком низким, аккумулятор перестает работать с газовым двигателем и вместо этого откачивает часть своей энергии для подзарядки.

Сколько энергии улавливает система рекуперативного торможения, зависит от нескольких факторов, причем водитель является одним из наиболее важных.Подсчитано, что способность системы улавливать энергию может составлять от 16 до 70 процентов, и это все зависит от того, как движется автомобиль.

Объявление

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

Содержание статьи

Наивысшая доходность достигается, когда водители сбавляют скорость заранее, в то время как те, кто резко останавливается и нажимает на тормоза в последний момент, видят наименьшую эффективность, тем более что они в значительной степени зависит от обычных тормозов автомобиля.Если вы хотите получить от него максимум удовольствия, действительно необходимо отрегулировать вождение в электрифицированном транспортном средстве.

И это только часть общей картины при проектировании электромобилей и гибридов, которые должны быть максимально эффективными. Более крупное и тяжелое транспортное средство будет иметь больший импульс и большую кинетическую энергию для захвата, но тогда для его возобновления движения с остановки потребуется больше энергии, чем потребуется для меньшего транспортного средства. Регенеративная система увеличивает вес и сложность, что увеличивает стоимость.Иногда приходится тратить энергию, если аккумулятор полностью заряжен, потому что его нельзя перезарядить. Это часть того, что мешает автомобильным инженерам спать по ночам.

Поделитесь этой статьей в своей социальной сети

Подпишитесь, чтобы получать информационный бюллетень Driving.ca Blind-Spot Monitor по средам и субботам

Нажимая на кнопку подписки, вы соглашаетесь на получение вышеуказанного информационного бюллетеня от Postmedia Network Inc. откажитесь от подписки в любое время, нажав на ссылку отказа от подписки внизу наших писем.Postmedia Network Inc. | 365 Bloor Street East, Торонто, Онтарио, M4W 3L4 | 416-383-2300

Спасибо за регистрацию!

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

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

Комментарии

Postmedia стремится поддерживать живой, но гражданский форум для обсуждения и поощрять всех читателей делиться своим мнением о наших статьях.На модерацию комментариев может потребоваться до 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 получите электронное письмо, если получите ответ на свой комментарий, есть обновление в цепочке комментариев, на которую вы подписаны, или если пользователь, на которого вы подписаны, комментарии. Посетите наши Принципы сообщества для получения дополнительной информации и подробностей о том, как изменить настройки электронной почты.

Регенеративное торможение — Energy Education

Рисунок 1.Рекуперативный тормоз. [1]

Регенеративные тормозные системы (RBS) — это тип системы восстановления кинетической энергии, которая переводит кинетическую энергию движущегося объекта в потенциальную или накопленную энергию для замедления транспортного средства и, как следствие, увеличивает топливную эффективность. [2] Эти системы также называют системами рекуперации кинетической энергии. Существует несколько методов преобразования энергии в RBS, включая пружину, маховик, электромагнитный и гидравлический. Совсем недавно появилась гибридная RBS с электромагнитным маховиком.Каждый тип RBS использует свой метод преобразования или хранения энергии, что дает различную эффективность и различные применения для каждого типа.

RBS устанавливаются вдоль трансмиссии или прикрепляются к ведущим колесам транспортного средства, где они препятствуют движению колес с помощью магнитных полей или механического крутящего момента. Эти методы запрета движения позволяют генерировать энергию при торможении, в отличие от фрикционных тормозов, которые просто тратят энергию на замедление транспортного средства, превращая кинетическую энергию в тепловую.Из-за максимальной скорости зарядки механизмов накопления энергии тормозное усилие от RBS ограничено. Следовательно, для обеспечения безопасной эксплуатации транспортного средства, когда необходимо резкое торможение, требуется традиционная фрикционная тормозная система. RBS может снизить расход топлива и снизить общую тормозную нагрузку на фрикционные тормоза транспортных средств, уменьшая износ тормозных колодок. [3]

RBS используются почти во всех электромобилях и гибридных электромобилях.Кроме того, в общественном транспорте, таком как автобусы и сверхскоростные экспрессы, используются RBS, чтобы уменьшить воздействие транспортного парка на окружающую среду и сэкономить деньги. [4]

История

Идея тормоза, который мог бы брать кинетическую энергию, которую он поглощает, и превращать ее в потенциальную энергию для дальнейшего использования, возникла с конца 1800-х годов. Некоторые из первых попыток этой технологии заключались в установке RBS пружинного типа на переднеприводных велосипедах или гужевых кабинах. [5] [6]

На железной дороге Баку-Тбилиси-Батуми система RBS начала применяться в начале 1930-х годов. Это один из примеров раннего использования этой технологии в железнодорожной системе. [6]

В 1950-х годах швейцарская компания Oerlikon разработала автожир, в котором в качестве накопителя энергии использовался маховик. Эффекты гироскопического движения на автобусе вскоре привели к его прекращению. [7]

В 1967 году американская автомобильная компания (AMC) создала тормоз с рекуперацией электроэнергии для своего концептуального электромобиля AMC Amitron.Toyota была первым производителем автомобилей, который коммерциализировал технологию RBS в своих гибридных автомобилях серии Prius. [6]

С тех пор RBS эволюционировали для использования почти во всех электрических и гибридных автомобилях, а также в некоторых транспортных средствах, работающих на газе.

Методы преобразования и хранения энергии

Существует несколько методов преобразования энергии в RBS, включая пружину, маховик, электромагнитный и гидравлический. Совсем недавно появилась гибридная RBS с электромагнитным маховиком.Каждый тип RBS использует свой метод преобразования или хранения энергии, что дает различную эффективность и различные применения для каждого типа. В настоящее время наиболее распространенным типом является электромагнитная система. [8]

Электромагнитный

В электромагнитной системе приводной вал транспортных средств соединен с электрическим генератором, который использует магнитные поля для ограничения вращения приводного вала, замедляя транспортное средство и генерируя электричество. В случае электромобилей и гибридных автомобилей вырабатываемая электроэнергия отправляется в аккумуляторы, обеспечивая их подзарядку.В транспортных средствах, работающих на газе, электричество можно использовать для питания электроники автомобиля или направить в аккумулятор, где позже оно может быть использовано для придания автомобилю дополнительной мощности. Этот метод в настоящее время используется в некоторых гоночных автомобилях Le Mans Prototype. [9]

Маховик

В RBS с маховиком система собирает кинетическую энергию транспортного средства для вращения маховика, который соединен с приводным валом через трансмиссию и коробку передач. Вращающийся маховик затем может передавать крутящий момент на ведущий вал, давая автомобилю прирост мощности.

Маховик электромагнитный

Электро рекуперативный тормоз маховика — это гибридная модель электромагнитного тормоза и тормозов маховика. Он разделяет основные методы производства электроэнергии с электромагнитной системой; однако энергия накапливается в маховике, а не в батареях. В этом смысле маховик служит механической батареей, в которой можно накапливать и восстанавливать электрическую энергию. [10] Из-за долговечности батарей с маховиком по сравнению с литий-ионными батареями, RBS с электрическим маховиком является более экономичным способом хранения электроэнергии. [11]

Пружина

Подпружиненная система рекуперативного торможения обычно используется на транспортных средствах с приводом от человека, таких как велосипеды или инвалидные коляски. В пружине RBS спираль или пружина наматываются на конус во время торможения для хранения энергии в виде упругого потенциала. Затем можно вернуть потенциал, чтобы помочь водителю при движении в гору или по пересеченной местности. [12]

Гидравлический

Гидравлический RBS замедляет транспортное средство, вырабатывая электричество, которое затем используется для сжатия жидкости.В качестве рабочего тела часто выбирают газообразный азот. Гидравлические RBS обладают самой продолжительной способностью аккумулировать энергию среди всех систем, поскольку сжатая жидкость не рассеивает энергию с течением времени. Однако сжатие газа с помощью насоса — медленный процесс и сильно ограничивает мощность гидравлического RBS.

Приложения

Гибридные и электрические автомобили

В современных гибридных и электрических автомобилях используется электрический двигатель для приведения в движение автомобиля, что делает применение рекуперативного торможения очень простым и эффективным.В подавляющем большинстве этих автомобилей трансмиссия автомобиля настроена таким образом, что, когда водитель нажимает на тормоза, электродвигатель меняет направление и оказывает сопротивление колесам, а не мощность. Затем сопротивление, приложенное к колесам, передается через электродвигатель, где оно используется для зарядки аккумуляторов.

В высокопроизводительных электромобилях улучшение ощущения от автомобиля очень важно для производителей автомобилей. Многие клиенты поддерживают электрические суперкары, но против их покупки из-за отсутствия ощущения высокой производительности.Одним из важных аспектов этого ощущения является торможение двигателем. В стандартном двигателе внутреннего сгорания, когда мощность не подается на двигатель, естественное трение внутри двигателя работает, чтобы замедлить транспортное средство. В электромобилях эта сила трения не действует; однако автомобильные компании, такие как Mercedes и Porsche, начали использовать системы рекуперативного торможения, чтобы дать водителю ощущение автомобиля с газовым двигателем, одновременно восстанавливая энергию для аккумуляторов. [13]

Автогонки

В 2009 году Формула 1 (распространенный тип гоночных автомобилей) представила систему рекуперативного торможения, называемую системой рекуперации кинетической энергии (KERS).Поначалу внедрение системы происходило медленно, и в сезоне 2010 года ни одна из команд не использовала ее; однако усовершенствования системы в сезоне 2011 года сделали ее чрезвычайно полезной для автомобилей, и почти все команды приняли ту или иную форму системы. В автомобилях Формулы-1 для хранения энергии при торможении используется система с четырьмя маховиками или электрогенератор. Эта накопленная энергия затем может быть использована водителем, нажав кнопку на рулевом колесе. FIA ограничивает использование до 6,67 секунды на круг, в течение которых система дает машине дополнительные 81 л.с. [14]

Ограничения

Из-за максимальной скорости перезарядки цепи и емкости аккумулятора тормозное усилие от RBS электромагнитного типа всегда ограничено. Следовательно, для преобразования избыточной энергии транспортного средства требуется традиционная фрикционная тормозная система. Фрикционный тормоз также может предотвратить потерю тормозной способности в случае отказа RBS.

RBS можно устанавливать только на ведущие колеса, поскольку для рекуперации энергии требуется приводной механизм.Отработанное тепло существенно не снижается, если автомобиль не является полноприводной.

Добавление RBS к транспортному средству означает увеличение его снаряженной массы. Хотя RBS может улучшить экономию топлива в условиях движения «старт-стоп», это может отрицательно сказаться на расходе топлива во время движения по шоссе.

Конструкция RBS включает в себя различные датчики и блоки логического управления для настройки работы RBS.
Не следует пренебрегать вопросами надежности этих электрических частей. [15]

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Номер ссылки

  1. ↑ Wikimedia Commons. (3 октября 2015 г.). Flybird Systems KERS [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Flybrid_Systems_Kinetic_Energy_Recovery_System.jpg
  2. ↑ М. Боди и К. Маджид, «Метод рекуперативного торможения», 5,707,1151998.
  3. ↑ Роберт Бош ГмбХ, «Регенеративное торможение Активная безопасность — Регенеративные тормозные системы», 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. ↑ R. Chicurel, «Компромиссное решение для рекуперации энергии при торможении транспортного средства», Energy, vol. 24, вып. 12. С. 1029–1034, январь 1999 г.
  5. ↑ Б. РИДЕР, «Рекуперативная тормозная система для велосипедов», 2340641880.
  6. 6,0 6,1 6,2 У. Кларк II и Дж. Кук, Глобальные энергетические инновации: почему Америка должна лидировать.Praeger, 2011.
  7. ↑ Дж. Хэмпл, «Концепция автобуса с механическим приводом», Пер. Трансп. Sci., Т. 6, вып. 1. С. 27–38, январь 2013 г.
  8. ↑ П. Кларк, Т. Мюнир и К. Куллинейн, «Снижение выбросов от транспортных средств с помощью рекуперативного торможения», Transp. Res. Часть D Пр. Environ., Т. 15, вып. 3. С. 160–167, май 2010 г.
  9. ↑ «Обзор дорожного тестового автомобиля с приводом от 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: 2 декабря 2013 г.].
  10. ↑ Б. Болунд, Х. Бернхофф и М. Лейон, «Энергия маховика и системы накопления энергии», Renew. Поддерживать. Energy Rev., т. 11, вып. 2. С. 235–258, февраль 2007 г.
  11. ↑ Дж. Ли, Э. Мерфи, Дж. Винник и П. Коль, «Исследования продолжительности цикла коммерческих литий-ионных аккумуляторов во время быстрого цикла заряда-разряда», J. Power Sources, vol. 102, вып. 1–2, стр. 294–301, декабрь 2001 г.
  12. ↑ С. Дж. Клегг, «Обзор систем рекуперативного торможения», Лидс, Англия.econ.kuleuven.be, 1996.
  13. ↑ Обзор полной дорожной тестовой машины с приводом от Mercedes-Benz SLS Electric Drive — BBC Top Gear — BBC Top Gear. (нет данных). Получено с http://www.topgear.com/uk/mercedes-benz/sls/road-test/electric-drive-driven.
  14. ↑ Formula 1® — Официальный веб-сайт F1®. (нет данных). 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.J.…, т. 10, вып. 2. С. 229–235, 2009.

Рекуперативное торможение — Energy Education

Рисунок 1. Рекуперативный тормоз. [1]

Регенеративные тормозные системы (RBS) — это тип системы восстановления кинетической энергии, которая переводит кинетическую энергию движущегося объекта в потенциальную или накопленную энергию для замедления транспортного средства и, как следствие, увеличивает топливную эффективность. [2] Эти системы также называют системами рекуперации кинетической энергии.Существует несколько методов преобразования энергии в RBS, включая пружину, маховик, электромагнитный и гидравлический. Совсем недавно появилась гибридная RBS с электромагнитным маховиком. Каждый тип RBS использует свой метод преобразования или хранения энергии, что дает различную эффективность и различные применения для каждого типа.

RBS устанавливаются вдоль трансмиссии или прикрепляются к ведущим колесам транспортного средства, где они препятствуют движению колес с помощью магнитных полей или механического крутящего момента.Эти методы запрета движения позволяют генерировать энергию при торможении, в отличие от фрикционных тормозов, которые просто тратят энергию на замедление транспортного средства, превращая кинетическую энергию в тепловую. Из-за максимальной скорости зарядки механизмов накопления энергии тормозное усилие от RBS ограничено. Следовательно, для обеспечения безопасной эксплуатации транспортного средства, когда необходимо резкое торможение, требуется традиционная фрикционная тормозная система. RBS может снизить расход топлива и снизить общую тормозную нагрузку на фрикционные тормоза транспортных средств, уменьшая износ тормозных колодок. [3]

RBS используются почти во всех электромобилях и гибридных электромобилях. Кроме того, в общественном транспорте, таком как автобусы и сверхскоростные экспрессы, используются RBS, чтобы уменьшить воздействие транспортного парка на окружающую среду и сэкономить деньги. [4]

История

Идея тормоза, который мог бы брать кинетическую энергию, которую он поглощает, и превращать ее в потенциальную энергию для дальнейшего использования, возникла с конца 1800-х годов. Некоторые из первых попыток этой технологии заключались в установке RBS пружинного типа на переднеприводных велосипедах или гужевых кабинах. [5] [6]

На железной дороге Баку-Тбилиси-Батуми система RBS начала применяться в начале 1930-х годов. Это один из примеров раннего использования этой технологии в железнодорожной системе. [6]

В 1950-х годах швейцарская компания Oerlikon разработала автожир, в котором в качестве накопителя энергии использовался маховик. Эффекты гироскопического движения на автобусе вскоре привели к его прекращению. [7]

В 1967 году американская автомобильная компания (AMC) создала тормоз с рекуперацией электроэнергии для своего концептуального электромобиля AMC Amitron.Toyota была первым производителем автомобилей, который коммерциализировал технологию RBS в своих гибридных автомобилях серии Prius. [6]

С тех пор RBS эволюционировали для использования почти во всех электрических и гибридных автомобилях, а также в некоторых транспортных средствах, работающих на газе.

Методы преобразования и хранения энергии

Существует несколько методов преобразования энергии в RBS, включая пружину, маховик, электромагнитный и гидравлический. Совсем недавно появилась гибридная RBS с электромагнитным маховиком.Каждый тип RBS использует свой метод преобразования или хранения энергии, что дает различную эффективность и различные применения для каждого типа. В настоящее время наиболее распространенным типом является электромагнитная система. [8]

Электромагнитный

В электромагнитной системе приводной вал транспортных средств соединен с электрическим генератором, который использует магнитные поля для ограничения вращения приводного вала, замедляя транспортное средство и генерируя электричество. В случае электромобилей и гибридных автомобилей вырабатываемая электроэнергия отправляется в аккумуляторы, обеспечивая их подзарядку.В транспортных средствах, работающих на газе, электричество можно использовать для питания электроники автомобиля или направить в аккумулятор, где позже оно может быть использовано для придания автомобилю дополнительной мощности. Этот метод в настоящее время используется в некоторых гоночных автомобилях Le Mans Prototype. [9]

Маховик

В RBS с маховиком система собирает кинетическую энергию транспортного средства для вращения маховика, который соединен с приводным валом через трансмиссию и коробку передач. Вращающийся маховик затем может передавать крутящий момент на ведущий вал, давая автомобилю прирост мощности.

Маховик электромагнитный

Электро рекуперативный тормоз маховика — это гибридная модель электромагнитного тормоза и тормозов маховика. Он разделяет основные методы производства электроэнергии с электромагнитной системой; однако энергия накапливается в маховике, а не в батареях. В этом смысле маховик служит механической батареей, в которой можно накапливать и восстанавливать электрическую энергию. [10] Из-за долговечности батарей с маховиком по сравнению с литий-ионными батареями, RBS с электрическим маховиком является более экономичным способом хранения электроэнергии. [11]

Пружина

Подпружиненная система рекуперативного торможения обычно используется на транспортных средствах с приводом от человека, таких как велосипеды или инвалидные коляски. В пружине RBS спираль или пружина наматываются на конус во время торможения для хранения энергии в виде упругого потенциала. Затем можно вернуть потенциал, чтобы помочь водителю при движении в гору или по пересеченной местности. [12]

Гидравлический

Гидравлический RBS замедляет транспортное средство, вырабатывая электричество, которое затем используется для сжатия жидкости.В качестве рабочего тела часто выбирают газообразный азот. Гидравлические RBS обладают самой продолжительной способностью аккумулировать энергию среди всех систем, поскольку сжатая жидкость не рассеивает энергию с течением времени. Однако сжатие газа с помощью насоса — медленный процесс и сильно ограничивает мощность гидравлического RBS.

Приложения

Гибридные и электрические автомобили

В современных гибридных и электрических автомобилях используется электрический двигатель для приведения в движение автомобиля, что делает применение рекуперативного торможения очень простым и эффективным.В подавляющем большинстве этих автомобилей трансмиссия автомобиля настроена таким образом, что, когда водитель нажимает на тормоза, электродвигатель меняет направление и оказывает сопротивление колесам, а не мощность. Затем сопротивление, приложенное к колесам, передается через электродвигатель, где оно используется для зарядки аккумуляторов.

В высокопроизводительных электромобилях улучшение ощущения от автомобиля очень важно для производителей автомобилей. Многие клиенты поддерживают электрические суперкары, но против их покупки из-за отсутствия ощущения высокой производительности.Одним из важных аспектов этого ощущения является торможение двигателем. В стандартном двигателе внутреннего сгорания, когда мощность не подается на двигатель, естественное трение внутри двигателя работает, чтобы замедлить транспортное средство. В электромобилях эта сила трения не действует; однако автомобильные компании, такие как Mercedes и Porsche, начали использовать системы рекуперативного торможения, чтобы дать водителю ощущение автомобиля с газовым двигателем, одновременно восстанавливая энергию для аккумуляторов. [13]

Автогонки

В 2009 году Формула 1 (распространенный тип гоночных автомобилей) представила систему рекуперативного торможения, называемую системой рекуперации кинетической энергии (KERS).Поначалу внедрение системы происходило медленно, и в сезоне 2010 года ни одна из команд не использовала ее; однако усовершенствования системы в сезоне 2011 года сделали ее чрезвычайно полезной для автомобилей, и почти все команды приняли ту или иную форму системы. В автомобилях Формулы-1 для хранения энергии при торможении используется система с четырьмя маховиками или электрогенератор. Эта накопленная энергия затем может быть использована водителем, нажав кнопку на рулевом колесе. FIA ограничивает использование до 6,67 секунды на круг, в течение которых система дает машине дополнительные 81 л.с. [14]

Ограничения

Из-за максимальной скорости перезарядки цепи и емкости аккумулятора тормозное усилие от RBS электромагнитного типа всегда ограничено. Следовательно, для преобразования избыточной энергии транспортного средства требуется традиционная фрикционная тормозная система. Фрикционный тормоз также может предотвратить потерю тормозной способности в случае отказа RBS.

RBS можно устанавливать только на ведущие колеса, поскольку для рекуперации энергии требуется приводной механизм.Отработанное тепло существенно не снижается, если автомобиль не является полноприводной.

Добавление RBS к транспортному средству означает увеличение его снаряженной массы. Хотя RBS может улучшить экономию топлива в условиях движения «старт-стоп», это может отрицательно сказаться на расходе топлива во время движения по шоссе.

Конструкция RBS включает в себя различные датчики и блоки логического управления для настройки работы RBS.
Не следует пренебрегать вопросами надежности этих электрических частей. [15]

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Номер ссылки

  1. ↑ Wikimedia Commons. (3 октября 2015 г.). Flybird Systems KERS [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Flybrid_Systems_Kinetic_Energy_Recovery_System.jpg
  2. ↑ М. Боди и К. Маджид, «Метод рекуперативного торможения», 5,707,1151998.
  3. ↑ Роберт Бош ГмбХ, «Регенеративное торможение Активная безопасность — Регенеративные тормозные системы», 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. ↑ R. Chicurel, «Компромиссное решение для рекуперации энергии при торможении транспортного средства», Energy, vol. 24, вып. 12. С. 1029–1034, январь 1999 г.
  5. ↑ Б. РИДЕР, «Рекуперативная тормозная система для велосипедов», 2340641880.
  6. 6,0 6,1 6,2 У. Кларк II и Дж. Кук, Глобальные энергетические инновации: почему Америка должна лидировать.Praeger, 2011.
  7. ↑ Дж. Хэмпл, «Концепция автобуса с механическим приводом», Пер. Трансп. Sci., Т. 6, вып. 1. С. 27–38, январь 2013 г.
  8. ↑ П. Кларк, Т. Мюнир и К. Куллинейн, «Снижение выбросов от транспортных средств с помощью рекуперативного торможения», Transp. Res. Часть D Пр. Environ., Т. 15, вып. 3. С. 160–167, май 2010 г.
  9. ↑ «Обзор дорожного тестового автомобиля с приводом от 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: 2 декабря 2013 г.].
  10. ↑ Б. Болунд, Х. Бернхофф и М. Лейон, «Энергия маховика и системы накопления энергии», Renew. Поддерживать. Energy Rev., т. 11, вып. 2. С. 235–258, февраль 2007 г.
  11. ↑ Дж. Ли, Э. Мерфи, Дж. Винник и П. Коль, «Исследования продолжительности цикла коммерческих литий-ионных аккумуляторов во время быстрого цикла заряда-разряда», J. Power Sources, vol. 102, вып. 1–2, стр. 294–301, декабрь 2001 г.
  12. ↑ С. Дж. Клегг, «Обзор систем рекуперативного торможения», Лидс, Англия.econ.kuleuven.be, 1996.
  13. ↑ Обзор полной дорожной тестовой машины с приводом от Mercedes-Benz SLS Electric Drive — BBC Top Gear — BBC Top Gear. (нет данных). Получено с http://www.topgear.com/uk/mercedes-benz/sls/road-test/electric-drive-driven.
  14. ↑ Formula 1® — Официальный веб-сайт F1®. (нет данных). 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.J.…, т. 10, вып. 2. С. 229–235, 2009.

Рекуперативное торможение — Energy Education

Рисунок 1. Рекуперативный тормоз. [1]

Регенеративные тормозные системы (RBS) — это тип системы восстановления кинетической энергии, которая переводит кинетическую энергию движущегося объекта в потенциальную или накопленную энергию для замедления транспортного средства и, как следствие, увеличивает топливную эффективность. [2] Эти системы также называют системами рекуперации кинетической энергии.Существует несколько методов преобразования энергии в RBS, включая пружину, маховик, электромагнитный и гидравлический. Совсем недавно появилась гибридная RBS с электромагнитным маховиком. Каждый тип RBS использует свой метод преобразования или хранения энергии, что дает различную эффективность и различные применения для каждого типа.

RBS устанавливаются вдоль трансмиссии или прикрепляются к ведущим колесам транспортного средства, где они препятствуют движению колес с помощью магнитных полей или механического крутящего момента.Эти методы запрета движения позволяют генерировать энергию при торможении, в отличие от фрикционных тормозов, которые просто тратят энергию на замедление транспортного средства, превращая кинетическую энергию в тепловую. Из-за максимальной скорости зарядки механизмов накопления энергии тормозное усилие от RBS ограничено. Следовательно, для обеспечения безопасной эксплуатации транспортного средства, когда необходимо резкое торможение, требуется традиционная фрикционная тормозная система. RBS может снизить расход топлива и снизить общую тормозную нагрузку на фрикционные тормоза транспортных средств, уменьшая износ тормозных колодок. [3]

RBS используются почти во всех электромобилях и гибридных электромобилях. Кроме того, в общественном транспорте, таком как автобусы и сверхскоростные экспрессы, используются RBS, чтобы уменьшить воздействие транспортного парка на окружающую среду и сэкономить деньги. [4]

История

Идея тормоза, который мог бы брать кинетическую энергию, которую он поглощает, и превращать ее в потенциальную энергию для дальнейшего использования, возникла с конца 1800-х годов. Некоторые из первых попыток этой технологии заключались в установке RBS пружинного типа на переднеприводных велосипедах или гужевых кабинах. [5] [6]

На железной дороге Баку-Тбилиси-Батуми система RBS начала применяться в начале 1930-х годов. Это один из примеров раннего использования этой технологии в железнодорожной системе. [6]

В 1950-х годах швейцарская компания Oerlikon разработала автожир, в котором в качестве накопителя энергии использовался маховик. Эффекты гироскопического движения на автобусе вскоре привели к его прекращению. [7]

В 1967 году американская автомобильная компания (AMC) создала тормоз с рекуперацией электроэнергии для своего концептуального электромобиля AMC Amitron.Toyota была первым производителем автомобилей, который коммерциализировал технологию RBS в своих гибридных автомобилях серии Prius. [6]

С тех пор RBS эволюционировали для использования почти во всех электрических и гибридных автомобилях, а также в некоторых транспортных средствах, работающих на газе.

Методы преобразования и хранения энергии

Существует несколько методов преобразования энергии в RBS, включая пружину, маховик, электромагнитный и гидравлический. Совсем недавно появилась гибридная RBS с электромагнитным маховиком.Каждый тип RBS использует свой метод преобразования или хранения энергии, что дает различную эффективность и различные применения для каждого типа. В настоящее время наиболее распространенным типом является электромагнитная система. [8]

Электромагнитный

В электромагнитной системе приводной вал транспортных средств соединен с электрическим генератором, который использует магнитные поля для ограничения вращения приводного вала, замедляя транспортное средство и генерируя электричество. В случае электромобилей и гибридных автомобилей вырабатываемая электроэнергия отправляется в аккумуляторы, обеспечивая их подзарядку.В транспортных средствах, работающих на газе, электричество можно использовать для питания электроники автомобиля или направить в аккумулятор, где позже оно может быть использовано для придания автомобилю дополнительной мощности. Этот метод в настоящее время используется в некоторых гоночных автомобилях Le Mans Prototype. [9]

Маховик

В RBS с маховиком система собирает кинетическую энергию транспортного средства для вращения маховика, который соединен с приводным валом через трансмиссию и коробку передач. Вращающийся маховик затем может передавать крутящий момент на ведущий вал, давая автомобилю прирост мощности.

Маховик электромагнитный

Электро рекуперативный тормоз маховика — это гибридная модель электромагнитного тормоза и тормозов маховика. Он разделяет основные методы производства электроэнергии с электромагнитной системой; однако энергия накапливается в маховике, а не в батареях. В этом смысле маховик служит механической батареей, в которой можно накапливать и восстанавливать электрическую энергию. [10] Из-за долговечности батарей с маховиком по сравнению с литий-ионными батареями, RBS с электрическим маховиком является более экономичным способом хранения электроэнергии. [11]

Пружина

Подпружиненная система рекуперативного торможения обычно используется на транспортных средствах с приводом от человека, таких как велосипеды или инвалидные коляски. В пружине RBS спираль или пружина наматываются на конус во время торможения для хранения энергии в виде упругого потенциала. Затем можно вернуть потенциал, чтобы помочь водителю при движении в гору или по пересеченной местности. [12]

Гидравлический

Гидравлический RBS замедляет транспортное средство, вырабатывая электричество, которое затем используется для сжатия жидкости.В качестве рабочего тела часто выбирают газообразный азот. Гидравлические RBS обладают самой продолжительной способностью аккумулировать энергию среди всех систем, поскольку сжатая жидкость не рассеивает энергию с течением времени. Однако сжатие газа с помощью насоса — медленный процесс и сильно ограничивает мощность гидравлического RBS.

Приложения

Гибридные и электрические автомобили

В современных гибридных и электрических автомобилях используется электрический двигатель для приведения в движение автомобиля, что делает применение рекуперативного торможения очень простым и эффективным.В подавляющем большинстве этих автомобилей трансмиссия автомобиля настроена таким образом, что, когда водитель нажимает на тормоза, электродвигатель меняет направление и оказывает сопротивление колесам, а не мощность. Затем сопротивление, приложенное к колесам, передается через электродвигатель, где оно используется для зарядки аккумуляторов.

В высокопроизводительных электромобилях улучшение ощущения от автомобиля очень важно для производителей автомобилей. Многие клиенты поддерживают электрические суперкары, но против их покупки из-за отсутствия ощущения высокой производительности.Одним из важных аспектов этого ощущения является торможение двигателем. В стандартном двигателе внутреннего сгорания, когда мощность не подается на двигатель, естественное трение внутри двигателя работает, чтобы замедлить транспортное средство. В электромобилях эта сила трения не действует; однако автомобильные компании, такие как Mercedes и Porsche, начали использовать системы рекуперативного торможения, чтобы дать водителю ощущение автомобиля с газовым двигателем, одновременно восстанавливая энергию для аккумуляторов. [13]

Автогонки

В 2009 году Формула 1 (распространенный тип гоночных автомобилей) представила систему рекуперативного торможения, называемую системой рекуперации кинетической энергии (KERS).Поначалу внедрение системы происходило медленно, и в сезоне 2010 года ни одна из команд не использовала ее; однако усовершенствования системы в сезоне 2011 года сделали ее чрезвычайно полезной для автомобилей, и почти все команды приняли ту или иную форму системы. В автомобилях Формулы-1 для хранения энергии при торможении используется система с четырьмя маховиками или электрогенератор. Эта накопленная энергия затем может быть использована водителем, нажав кнопку на рулевом колесе. FIA ограничивает использование до 6,67 секунды на круг, в течение которых система дает машине дополнительные 81 л.с. [14]

Ограничения

Из-за максимальной скорости перезарядки цепи и емкости аккумулятора тормозное усилие от RBS электромагнитного типа всегда ограничено. Следовательно, для преобразования избыточной энергии транспортного средства требуется традиционная фрикционная тормозная система. Фрикционный тормоз также может предотвратить потерю тормозной способности в случае отказа RBS.

RBS можно устанавливать только на ведущие колеса, поскольку для рекуперации энергии требуется приводной механизм.Отработанное тепло существенно не снижается, если автомобиль не является полноприводной.

Добавление RBS к транспортному средству означает увеличение его снаряженной массы. Хотя RBS может улучшить экономию топлива в условиях движения «старт-стоп», это может отрицательно сказаться на расходе топлива во время движения по шоссе.

Конструкция RBS включает в себя различные датчики и блоки логического управления для настройки работы RBS.
Не следует пренебрегать вопросами надежности этих электрических частей. [15]

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Номер ссылки

  1. ↑ Wikimedia Commons. (3 октября 2015 г.). Flybird Systems KERS [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Flybrid_Systems_Kinetic_Energy_Recovery_System.jpg
  2. ↑ М. Боди и К. Маджид, «Метод рекуперативного торможения», 5,707,1151998.
  3. ↑ Роберт Бош ГмбХ, «Регенеративное торможение Активная безопасность — Регенеративные тормозные системы», 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. ↑ R. Chicurel, «Компромиссное решение для рекуперации энергии при торможении транспортного средства», Energy, vol. 24, вып. 12. С. 1029–1034, январь 1999 г.
  5. ↑ Б. РИДЕР, «Рекуперативная тормозная система для велосипедов», 2340641880.
  6. 6,0 6,1 6,2 У. Кларк II и Дж. Кук, Глобальные энергетические инновации: почему Америка должна лидировать.Praeger, 2011.
  7. ↑ Дж. Хэмпл, «Концепция автобуса с механическим приводом», Пер. Трансп. Sci., Т. 6, вып. 1. С. 27–38, январь 2013 г.
  8. ↑ П. Кларк, Т. Мюнир и К. Куллинейн, «Снижение выбросов от транспортных средств с помощью рекуперативного торможения», Transp. Res. Часть D Пр. Environ., Т. 15, вып. 3. С. 160–167, май 2010 г.
  9. ↑ «Обзор дорожного тестового автомобиля с приводом от 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: 2 декабря 2013 г.].
  10. ↑ Б. Болунд, Х. Бернхофф и М. Лейон, «Энергия маховика и системы накопления энергии», Renew. Поддерживать. Energy Rev., т. 11, вып. 2. С. 235–258, февраль 2007 г.
  11. ↑ Дж. Ли, Э. Мерфи, Дж. Винник и П. Коль, «Исследования продолжительности цикла коммерческих литий-ионных аккумуляторов во время быстрого цикла заряда-разряда», J. Power Sources, vol. 102, вып. 1–2, стр. 294–301, декабрь 2001 г.
  12. ↑ С. Дж. Клегг, «Обзор систем рекуперативного торможения», Лидс, Англия.econ.kuleuven.be, 1996.
  13. ↑ Обзор полной дорожной тестовой машины с приводом от Mercedes-Benz SLS Electric Drive — BBC Top Gear — BBC Top Gear. (нет данных). Получено с http://www.topgear.com/uk/mercedes-benz/sls/road-test/electric-drive-driven.
  14. ↑ Formula 1® — Официальный веб-сайт F1®. (нет данных). 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.J.…, т. 10, вып. 2. С. 229–235, 2009.

Рекуперативное торможение: как оно работает и стоит ли оно того в небольших электромобилях?

С тех пор, как более 20 лет назад с конвейера сошла первая Toyota Prius, концепция рекуперативного торможения стала довольно известной как метод увеличения запаса хода в гибридных и электрических транспортных средствах. Но знаете ли вы, что рекуперативное торможение не ограничивается только электромобилями? В наши дни вы можете найти его во всем, от электрических велосипедов и скейтбордов до электросамокатов.

Присоединяйтесь к нам, и мы глубоко погрузимся в рекуперативное торможение и его эффективность в различных электромобилях.

Что такое рекуперативное торможение?

Движущиеся транспортные средства обладают большой кинетической энергией, и когда для замедления транспортного средства применяются тормоза, вся эта кинетическая энергия должна куда-то уходить. Еще в те времена, когда неандертальцы были в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания, тормоза основывались исключительно на трении и преобразовывали кинетическую энергию транспортного средства в потраченное впустую тепло, чтобы замедлить автомобиль.Вся эта энергия была просто потеряна для окружающей среды.

К счастью, мы эволюционировали как вид и развились лучше. При рекуперативном торможении двигатель электромобиля используется в качестве генератора для преобразования большей части кинетической энергии, потерянной при замедлении, обратно в энергию, накопленную в аккумуляторной батарее транспортного средства. Затем, в следующий раз, когда автомобиль ускоряется, он использует большую часть энергии, ранее накопленной от рекуперативного торможения, вместо того, чтобы использовать свои собственные запасы энергии.

Важно понимать, что рекуперативное торможение само по себе не является волшебным усилителем запаса хода для электромобилей.Само по себе это не делает электромобили более эффективными, а просто делает их на менее неэффективными . По сути, самый эффективный способ управлять любым транспортным средством — это разогнаться до постоянной скорости, а затем никогда не касаться педали тормоза. Поскольку при торможении будет отниматься энергия и потребуется дополнительная энергия, чтобы вернуться к скорости, вы получите лучший диапазон, просто никогда не замедляясь.

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

Насколько хорошо работает рекуперативное торможение?

Чтобы оценить рекуперативное торможение, нам действительно нужно взглянуть на два разных параметра: эффективность , эффективность и эффективность , . Несмотря на то, что они кажутся похожими, они совершенно разные. Эффективность означает, насколько хорошо рекуперативное торможение улавливает «потерянную» энергию при торможении. Он тратит много энергии на тепло или превращает всю кинетическую энергию обратно в накопленную? С другой стороны, эффективность относится к тому, насколько велико влияние рекуперативного торможения.Значительно ли это увеличивает ваш диапазон, или вы не заметите большой разницы?

КПД

Ни одна машина не может быть эффективна на 100% (без нарушения законов физики), так как любая передача энергии неизбежно приведет к некоторым потерям в виде тепла, света, шума и т. Д. Эффективность процесса рекуперативного торможения зависит от многих транспортных средств, двигателей, аккумуляторов. и контроллеры, но часто бывает где-то в районе 60-70% эффективности. По словам Теслы, регенерация обычно теряет около 10-20% захваченной энергии, а затем автомобиль теряет еще 10-20% или около того при преобразовании этой энергии обратно в ускорение.Это довольно стандартно для большинства электромобилей, включая автомобили, грузовики, электрические велосипеды, электросамокаты и т. Д.

Имейте в виду, что эти 70% не означают, что рекуперативное торможение приведет к увеличению дальности на 70%. Это не увеличит ваш диапазон со 100 до 170 миль. Это просто означает, что 70% кинетической энергии, потерянной во время торможения , можно позже превратить обратно в ускорение.

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

Эффективность

Здесь все становится по-настоящему интересным. Эффективность рекуперативного торможения — это мера того, насколько оно может увеличить вашу дистанцию. Увеличивает ли это ваш теоретический диапазон на 5%? 50% дальше? Даже больше?

Как вы, наверное, уже догадались, эффективность рекуперативного торможения значительно зависит от таких факторов, как условия движения, рельеф местности и размер транспортного средства.

Условия вождения имеют большое значение. Вы увидите гораздо лучшую эффективность рекуперативного торможения в городском потоке с остановками, чем при движении по шоссе. Это должно иметь смысл, как если бы вы неоднократно тормозили, вы возвращаете намного больше энергии, чем если бы вы просто ездили часами, не касаясь педали тормоза. Рельеф также играет здесь большую роль, поскольку движение в гору не дает большого шанса для торможения, но движение под уклон регенерирует гораздо большее количество энергии из-за длительных периодов торможения.На длинных спусках рекуперативное торможение можно использовать почти постоянно для регулирования скорости при непрерывной зарядке 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. Так же, как большой маховик более эффективен, чем маленький маховик, четырехколесный электромобиль в движении имеет гораздо больше кинетической энергии, чем электрический велосипед или скутер.

Иногда бывает трудно найти данные для сравнения.Автомобили Tesla показывают мощность рекуперативного торможения, например 60 кВт при резком торможении, но это не отвечает на более интересный вопрос. Мы хотим знать, сколько энергии мы восстанавливаем за поездку, а не насколько сильны наши тормоза каждый раз, когда мы нажимаем на педаль.

К счастью, ряд водителей Tesla отправили данные о вкладе в энергию, используя различные приложения для отслеживания данных. Водители Model S сообщают, что они возвращают до 32% общего потребления энергии при движении вверх, а затем обратно под гору.Это может эффективно увеличить запас хода автомобиля с 100 миль до 132 миль, например. Владелец модели S P85D сообщил о возмещении примерно 28% энергии (форум на датском языке), а другие сообщили о возвращении от 15 до 20% общего потребления энергии в среднем во время обычных поездок.

Данные приложения LinkMyTesla для водителя Tesla показывают, что примерно 30% энергии аккумулятора восстанавливается с помощью рекуперативного торможения.

Для небольших электромобилей, таких как личные электромобили, цифры не столь оптимистичны.На нескольких электровелосипедах с опциями рекуперативного торможения я обычно составлял в среднем около 4-5% регенерации, а в холмистой местности — максимум около 8%. Другие личные электромобили, в том числе электросамокаты и скейтборды, дают аналогичные результаты, обычно с меньшими однозначными числами. Опять же, имейте в виду, что это не чистая эффективность системы (например, сколько энергии торможения теряется при передаче энергии), а эффективность (например, насколько дальше увеличивается ваш диапазон за счет использования рекуперативного торможения). .

Как я уже упоминал выше, во многом это связано с меньшим весом личных электромобилей. Они просто не обладают большим импульсом и, следовательно, имеют меньше кинетической энергии, которая может быть преобразована обратно в батарею.

Имеет значение, насколько хорошо работает рекуперативное торможение?

В индустрии электровелосипедов рекуперативное торможение иногда может использоваться скорее как маркетинговый инструмент, чем как функция. Поскольку рекуперативное торможение обычно возможно только в электрических велосипедах с более крупными безредукторными двигателями, такие производители электронных велосипедов будут рекламировать эффективность своих моделей.В то же время производители электровелосипедов со средним приводом и другими мотор-редукторами, неспособными к рекуперативному торможению, сочтут его неэффективным и просто не стоящим.

Большинство электрических велосипедов со средним приводом не способны к рекуперации торможения

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

Одним из самых больших преимуществ рекуперативного торможения для небольших личных электромобилей является дополнительное тормозное усилие.Некоторые PEV, такие как электрический скутер Xiaomi M365, используют только рекуперативное торможение для переднего моторного колеса, полагаясь на традиционный дисковый тормоз для заднего колеса. Это означает, что у скутера есть два независимых тормоза и только один тормозной рычаг для их активации, что снижает стоимость, вес и сложность.

Регенеративное торможение также позволяет применять тормоза на электрических скейтбордах — подвиг, который ранее был достигнут благодаря функции переменного торможения подошвы вашей обуви на асфальте.С популярными электрическими скейтбордами, такими как Boosted Board, которые развивают скорость более 20 миль в час, электрическое торможение с помощью регенерации является очень желанной функцией безопасности.

Еще одно преимущество рекуперативного торможения — продление срока службы обычных тормозных деталей, таких как тросы и тормозные колодки. Их может раздражать обслуживание и замена, 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 мотор-редукторы, которые вращаются на обгонной муфте, и мне кажется, что я всегда настраиваю и регулирую тормоза. Однако на электровелосипедах с функцией рекуперации я обнаружил, что часто могу почти полностью полагаться на рекуперативное торможение, а это означает, что мои тормозные колодки практически не используются.

В конце концов, регенеративное торможение никогда не будет столь же эффективным для небольших транспортных средств, как для больших, просто из-за физических свойств. Из-за этого отсутствие регенерации в электронных велосипедах и других PEV не является препятствием для сделки.Однако нельзя игнорировать преимущества рекуперативного торможения помимо простого возврата энергии. Эй, я возьму бесплатное увеличение диапазона на 5% в любой день!

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


Подпишитесь на Electrek на YouTube, чтобы смотреть эксклюзивные видео, и подписывайтесь на подкаст.

Что такое рекуперативное торможение? — Колеса Forbes

Рекуперативное торможение восстанавливает энергию, затраченную на замедление транспортного средства, и благодаря переключению электродвигателя транспортного средства в генераторный режим помогает заряжать аккумуляторные батареи.Здесь процесс частично проиллюстрирован на европейском рынке Volvo XC40 Hybrid. Volvo

Два основных преимущества гибридных и электромобилей заключаются в том, что они более энергоэффективны и со временем требуют меньшего обслуживания, чем обычные автомобили с двигателем внутреннего сгорания. И то, и другое снижает стоимость владения, а рекуперативное торможение увеличивает оба преимущества.

Регенеративное торможение использует энергию, израсходованную при замедлении транспортного средства, для перезарядки аккумуляторов, задействуя способность электродвигателя превращаться в генератор.

Основная цель рекуперативного торможения — это заряд аккумуляторов для увеличения запаса хода, но это также значительно снижает износ штатной механической тормозной системы, снижая затраты на техническое обслуживание. Еще один побочный эффект — несколько иное впечатление от вождения электромобиля и гибрида. Когда электродвигатель выполняет большую часть торможения, ощущение тормоза может быть совершенно другим.

Уличные тормоза никогда не нагреваются так сильно, но в обычных автомобилях трение между тормозными колодками и дисками или колодками и барабанами останавливает автомобиль и при этом выделяется много тепла.Гоночные тормоза, изготовленные из прочных материалов, действительно могут светиться при интенсивном использовании из-за жары. Регенеративное торможение помогает улавливать эту энергию, а не терять ее. Getty

Обычные тормоза и рекуперативное торможение

Когда применяются тормоза неэлектрического транспортного средства, используется механическая сила для замедления колес, либо давя на ротор дискового тормоза, либо давя на внутреннюю часть барабанного тормоза. В любом случае, этот процесс создает огромное количество трения, которое генерирует тепло — форму энергии.Эта тепловая энергия тратится впустую, потому что ей некуда деваться, и она расходуется в воздух.

Электродвигатели, однако, могут использовать эту энергию с определенной целью. Они делают больше, чем просто крутят колеса автомобиля; их можно перевернуть, чтобы они работали как генераторы.

В системе рекуперативного торможения, используемой во всех электрифицированных транспортных средствах, центральный компьютер получает сигнал, когда нажимается педаль тормоза или когда на педаль акселератора снимается давление. Это вызывает сообщение для аккумуляторной батареи о прекращении подачи тока на электродвигатель и одно сообщение для двигателя, чтобы переключиться в режим генератора, используя вращение приводного вала.

Двигатель все еще генерирует крутящий момент, но этот крутящий момент теперь создает своего рода электромагнитное противодавление, которое замедляет колеса автомобиля, хотя ему все еще помогают механические тормоза.

Двигатель / генератор вырабатывает электричество из кинетической энергии, отбрасываемой замедляющейся осью. Это электричество подается в аккумуляторные батареи автомобиля, чтобы помочь им подзарядить их.

Центральный компьютер транспортного средства решает, какое механическое тормозное давление необходимо на любом этапе процесса, но обычно оно очень мало до самого конца, когда транспортному средству необходимо полностью остановиться.К тому времени автомобиль движется медленно, что приводит к еще меньшему износу механических компонентов, чем обычно.

«Вождение с одной педалью» на самом деле рекламируется как плюс на некоторых электромобилях, поскольку некоторые водители действительно предпочитают то, что Jaguar называет режимом рекуперативного торможения с «высокой регенерацией». Jaguar

Регенеративные уровни и вождение с одной педалью

Некоторые новые электромобили имеют системы рекуперативного торможения с генерирующей силой, которая может постепенно регулироваться водителем — часто с помощью подрулевых переключателей, установленных на задней стороне рулевого колеса.Процесс имитирует переключение на более низкую передачу в неэлектрическом транспортном средстве.

Многие новые регенеративные системы также имеют регенеративные системы «с одной педалью». Они не просто замедляют автомобиль при снятии давления на педаль акселератора, но могут плавно привести его к полной остановке без необходимости для водителя нажимать педаль тормоза. (Это работает только для постепенной остановки — не для экстренного торможения или быстрой остановки на высоких скоростях).

Управляемое компьютером сочетание механического и рекуперативного торможения — это то, что дает многим гибридам и электромобилям уникальное ощущение педали тормоза, которое некоторые дайверы описывают как разрыв между прикладываемым давлением и величиной выполняемого торможения.Это может показаться странным, если вы не привыкли к электромобилям, но некоторые владельцы электромобилей очень предпочитают вождение с одной педалью и использование рекуперативного торможения для замедления.

Илон Маск однажды написал в Твиттере, что тормозные колодки Tesla никогда не нуждаются в замене, но это не совсем так. Срок службы зависит от использования и может сильно варьироваться в зависимости от водителя. Однако верно, что благодаря рекуперативному торможению электромобили и гибриды проходят через компоненты тормозного оборудования, такие как колодки и диски, намного медленнее, чем обычные автомобили с газовым двигателем. Getty

Использование электродвигателя для замедления движения автомобиля также снижает износ механических тормозов, что может значительно сократить затраты на ремонт и замену тормозов.Тормозные колодки гибридов и электромобилей могут служить в два раза дольше — или дольше — по сравнению с их негибридными аналогами с бензиновым двигателем, хотя они по-прежнему нуждаются в периодической замене. Интервалы обслуживания могут сильно различаться в зависимости от стиля вождения.

Количество энергии, которое рекуперативное торможение улавливает и передает в аккумуляторы, также зависит от автомобиля. Тем не менее, некоторые электромобили могут улавливать до 70% энергии, используемой для остановки транспортного средства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *