Рекуперативное торможение: что это, когда используется

  • 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.

Рекуперативное торможение: что это, когда используетсяСистема 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.

Рекуперативное торможение: что это, когда используетсяСистема 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.

Рекуперативное торможение: что это, когда используется

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!

Рекуперативное торможение в электромобилях: как работает технология и насколько реально можно увеличить запас хода

  • Понять, что такое рекуперативное торможение в электромобилях совсем не сложно, для этого нужно лишь обратить внимание на основные характеристики этого вида транспорта.
  • В отличие от машин с ДВС, где важным фактором является динамика, большинство электромобилей выбирают по запасу хода.
  • И вот именно этот показатель и можно увеличить с помощью рекуперативной тормозной системы.

Рис. 1. Схема рекуперации энергии в электромобиле.

  1. Технологию рекуперативного торможения используют не только электрические машины, но и автомобили с бензиновым или дизельным мотором (гибриды).

  2. Основанием для её разработки стали высокие цены на топливо и стремление снизить расходы.
  3. Автопроизводители искали варианты решения проблемы, одним из которых стало получение энергии из процесса торможения.

Своё название система получила от термина recuperatio (лат.

«возвращение» или «компенсация»).

Возвращая часть затраченной на торможение энергии, она расходует полученное электричество на разгон транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания.

Рекуперация на электромобиле имеет одно серьёзное отличие – выработанная электроэнергия не тратится сразу, а может аккумулироваться.

Это позволяет подзаряжать аккумулятор, а запас хода увеличивается, хотя и незначительно. В то же время для электрического транспорта, который непросто подзарядить в дороге, даже этот небольшой заряд может оказаться решающим.

Принцип работы

Работу системы рекуперации электрической энергии можно описать следующим образом:

  • При торможении электромобиля его силовой агрегат отключается от источника питания (аккумулятора) и переходит в генераторный режим, самостоятельно вырабатывая энергию.
  • В таком режиме в обмотках ротора и статора возникают противоположно направленные токи.
  • На валу электромотора возникает тормозной момент. Он обеспечивает торможение транспортного средства, снижая скорость.
  • Одновременно с этим запасённая машиной кинетическая энергия переходит в электроэнергию и тепло.
  • Электрическая энергия поступает в аккумулятор, увеличивая его заряд.
  • Чем чаще тормозит автомобиль, тем больше заряжается его аккумуляторная батарея.

Рис. 2. Колесо электромобиля с рекуперативной системой.

  • Система рекуперативного торможения получила распространение, в первую очередь, при поездках на транспорте, оборудованном электродвигателями постоянного тока.
  • Следует отметить, что она применяется не для полного торможения состава, масса которого слишком большая, чтобы компенсировать её таким способом, а лишь для небольшого снижения скорости.
  • Однако тормозной момент создаётся достаточно большой, и экономия в течение года только для одного состава достигает сотен тысяч гривен.

Проблемы небольших электромобилей

В отличие от тяжёлых и перемещающихся на высокой скорости электропоездов, получившие такую систему электромобили не получают таких же преимуществ:

  • В городе, особенно при движении в плотном потоке, электромобиль практически не может нормально разогнаться (даже при хороших динамических характеристиках, как у Tesla Model S).
  • Рекуперация мало эффективна, так как скорость в начале торможения небольшая (до 60 км/ч), а масса автомобиля не превышает 1-2 т.
  • Энергии вырабатывается мало, и запас хода увеличивается незначительно.
  • Стоимость установки оборудования, обеспечивающего рекуперацию достаточно большая, а из-за низкой эффективности работы рекуперации она почти не окупается.

Важно: Ситуация немного улучшается при движении с горки и торможениях на высокой скорости. Но так разогнаться электромобили могут только за городом. А большинство доступных по цене электрических моделей не обладает запасом хода для загородных поездок и динамикой для нормального разгона.

Эффективность рекуперативного торможения

  1. Использующую рекуперацию тормозную систему нельзя назвать достаточно эффективной.
  2. Хотя её КПД довольно большой – производители электромобилей и другого электрического транспорта (велосипедов, мопедов и грузовых авто) называют цифру в 60-70% возврата.

  3. При этом первые 10-20% теряются сразу, при захвате кинетической энергии – ещё примерно такое же количество аккумулятор недополучает в процессе преобразования в электроэнергию.
  4. С одной стороны, показатель достаточно большой – 70% кинетической энергии подзаряжают аккумулятор электромобиля.

  5. Запас хода увеличивается, и транспортное средство может проехать дальше на одном заряде.
  6. С другой стороны, кинетической энергии на торможение тратится немного, и цифры нельзя назвать впечатляющими.

Рис. 3. Индикация системы рекуперации модели Volkswagen e-Golf.

  • Владельцы автомобилей Tesla Model S говорят, что во время поездок по городу пользы от системы рекуперативного торможения практически нет.
  • Заметить её влияние получается только при поездке по холмистой местности, когда водителю приходится тормозить во время спуска.
  • Иногда запас хода транспортного средства увеличивается при этом на 15-20%.

Рис. 4. Тормоза премиального электромобиля Tesla Model S.

  1. Повысить эффективность рекуперативной системы позволяет её использование не только при торможении, но и во время обычной поездки.
  2. Предполагается, что энергия будет возвращаться благодаря инновационной подвеске, которую уже разрабатывают компании Levant Power и ZF.

  3. В будущем такими устройствами могут оснащаться все серийно выпускаемые авто.
  4. Принцип действия системы в подвеске следующий:
  • Рекуперативное устройство будет состоять из небольшого электромотора, 4 электрогидравлических насосов и управляющего блока.
  • Приспособление будет устанавливаться возле амортизаторов каждого автомобильного колеса.
  • При движении входящего в конструкцию штока кинетическая энергия будет переходить в электрическую.
  • Полученная электроэнергия будет передаваться к аккумулятору электромобиля. Если устройство будет устанавливаться на машинах с ДВС, энергия поступит в их электрическую сеть.

Совместная работа рекуперативной системы торможения и устройств, аккумулирующих энергию от обычного движения, должна повысить эффективность примерно вдвое. Однако проект пока находится в разработке. До его завершения и, тем более, установки на серийные авто, может пройти несколько лет.

Выводы

  • Возможность возвращать хотя бы часть потраченной на торможение энергии и дальнейшее развитие технологий в этом направлении позволяет рассчитывать, что электромобили в будущем станут ещё эффективнее.
  • Запас хода даже бюджетного электрического транспорта увеличится до 150-200 км, и на таком авто можно будет ездить целый день без подзарядки.
  • В то же время эффективность рекуперации на компактных электрических авто, таких как Chevrolet Bolt, Hyundai Ioniq или Nissan Leaf, всё равно останется небольшой.
  • Намного заметнее увеличение запаса хода на грузовиках с электромоторами и на тяжёлых электромобилях типа Tesla Model X, вес которого даже без водителя достигает 2,4 т.

Подобається контент? Підтримай Autogeek на Patreon!

Рекуперативное торможение: что это, когда используется

Рекуперативное торможение — что это такое и как оно работает?

Рекуперативное торможение превращает кинетическую энергию автомобиля в электричество для зарядки аккумулятора и повышает эффективность его использования!

Рекуперативное торможение: что это, когда используется

Каждый кто хоть раз задумывался о покупке электромобиля или автомобиля с гибридной трансмиссией, знаком с термином рекуперация. Но что он означает и каково вообще управлять автомобилем с системой рекуперации, представляет слабо. Сегодня попробуем разобраться в этом.

Читайте также:  Компания Volkswagen рассекретила внешность серийного электрокара ID. Buzz

С тормозной системой автомобилей, так или иначе, знаком каждый автовладелец. После нажатия педали тормоза, тормозная жидкость создает давление, которое прижимает тормозные колодки воздействуя на них через поршень. Возникающее в результате трение замедляет автомобиль, выделяя тепло стирая материал на колодках и дисках в процессе.

На электромобиляхгибридах, это называется рекуперати́вное торможе́ние, призванное использовать потерянную энергию в процессе замедления автомобиля для зарядки аккумуляторных батарей автомобиля. В обычном автомобиле при торможении просто тратится энергия, а при рекуперативном торможении часть энергии используется повторно.

Системы рекуперативного торможения имеются практически на всех современных автомобилях. На бензиновых и дизельных моделях она используется для зарядки аккумулятора, который запускает различные вспомогательные системы в автомобиле, что означает меньше работы для двигателя и меньше сжигаемого топлива.

В этих автомобилях система практически незаметна для водителя, но в гибридных и чисто электрических автомобилях рекуперативное торможение играет более важную и очевидную роль. В этих моделях регенерация тормозов может помочь зарядить более крупные аккумуляторы, которые напрямую управляют автомобилем.

 

Как работает рекуперативное торможение?

Электродвигатель в гибридном или электромобиле вращается в двух направлениях: одно для привода колес и движения автомобиля, а другое для подзарядки аккумулятора. Когда водитель снимаете ногу с педали акселератора и нажимает на тормоз, двигатель меняет направление и начинает возвращать энергию в аккумулятор.

Когда начинается этот процесс, можно почувствовать, как машина начинает тормозить. В каждом автомобиле с этой функцией возникают разные ощущения, потому что производители могут запрограммировать, сколько рекуперативного торможения происходит после нажатия на педаль тормоза.

Все автомобили по-прежнему имеют и обычные тормоза, поэтому, если нажать на педаль достаточно сильно, сработает гидравлическая система, чтобы быстро остановить автомобиль. Опять же, разные автомобили будут иметь разное усилие на педали, необходимое для срабатывания тормозов. 

На что похоже рекуперативное торможение?

Есть много автомобилей с рекуперативным торможением, и все они немного отличаются в использовании. Фактически, в большинстве электромобилей эта система настраивается водителем.

Если есть желание собрать как можно больше потерянной энергии, можно установить ее на максимальное значение, или, если  не нравится ощущение самого торможения автомобиля, можно выключить его. В большинстве случаев стоп-сигналы автомобиля загораются, если автомобиль быстро замедляется, даже если педаль тормоза не будет нажата. 

В некоторых автомобилях даже есть автоматический круиз-контроль, использующий рекуперацию тормозов. Автомобиль впереди контролируется датчиками, и регенерация тормоза используется для соответствия скорости этого автомобиля на дороге.

Рекуперативное торможение обычно пагубно сказывается на ощущении педали тормоза, поэтому к нему нужно привыкнуть, особенно когда точка перехода между рекуперативным торможением и гидравлической тормозной системой еще не найдена.

Рекуперативное торможение: что это такое и как работает?

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

Что представляет собой рекуперативное торможение?

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

Регенеративное торможение — это способ использования энергии, потерянной в процессе замедления автомобиля, для подзарядки автомобильных аккумуляторов. На обычном автомобиле при торможении просто тратится энергия, но при рекуперативном торможении часть энергии можно использовать повторно.

Системами рекуперативного торможения оснащаются многие современные автомобили. На бензиновых и дизельных моделях они используются для зарядки аккумулятора, который запускает различные вспомогательные системы в авто, что означает уменьшение работы для двигателя и экономию сжигаемого топлива.

В этих автомобилях система практически незаметна для водителя, но в гибридных и чисто электрических автомобилях рекуперативное торможение играет более активную и очевидную роль.

В таких моделях регенерация тормозов может помочь зарядить более крупные аккумуляторы, которые напрямую управляют автомобилем.

Как работает рекуперативное торможение?

Электродвигатель в гибриде или электромобиле предназначен для работы в двух направлениях: вращение колес и движение автомобиля, а также подзарядка аккумулятора. Когда вы снимаете ногу с педали акселератора и нажимаете на тормоз, электродвигатель меняет свою направленность и начинает возвращать энергию в аккумулятор.

Когда запускается данный процесс, вы можете почувствовать, как авто начинает тормозить. В каждом автомобиле с подобной функцией возникают разные ощущения, потому что производители могут запрограммировать мощность рекуперативного торможения при отпускании педали.

Все автомобили по-прежнему оснащаются обычными тормозами, поэтому, если вы нажмете на педаль достаточно сильно, гидравлическая система мгновенно сработает и быстро остановить вас (в зависимости от изначальной скорости). Опять же, разные авто будут предполагать разную степень усилия на педаль, необходимую для срабатывания тормозов.

На что похоже регенеративное торможение?

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

Если вы хотите собрать как можно больше потерянной энергии, то следует установить регенеративное торможение на максимальное значение. Если же вам не понравятся ощущения от подобного торможения, вы можете выключить его.

В некоторых современных моделях даже есть автоматический круиз-контроль, использующий регенерацию тормозов.

Автомобиль впереди контролируется датчиками, и регенерация тормоза используется системой для соответствия скорости автомобиля на дороге.

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

Эту так называемую электронную педаль можно включать и выключать с помощью кнопки на приборной панели. Кроме того, за рулевым колесом обычно расположены подрулевые рычаги, обеспечивающие различные уровни регенерации.

Однако в некоторых моделях регенеративная сила не очень велика. У них регенеративное торможение больше похоже на включение высокой передачи и торможение двигателем для замедления в бензиновом или дизельном авто.

Регенеративное торможение обычно пагубно сказывается на ощущении педали тормоза, поэтому к нему нужно привыкнуть, особенно когда вы пытаетесь определить точку перехода между рекуперативным торможением и гидравлической тормозной системой.

Система рекуперативного торможения: энергию торможения — в дело

Система рекуперативного торможения: энергию торможения — в дело

При торможении любого транспортного средства происходит бесполезная трата энергии — в этом случае кинетическая энергия переходит в тепло, которое рассеивается в атмосфере. Однако в электрическом транспорте проблема потери энергии успешно решается с помощью системы рекуперативного торможения — об этой системе, принципах ее работы и применении в автотранспорте читайте в статье.

Что такое рекуперативное торможение

Обычно при рассмотрении характеристик автомобиля основное внимание уделяется мощности его двигателя, динамике и т.д. Однако не менее важное значение, чем количество лошадиных сил, имеет и тормозная система, ведь без нее безопасное движение на автомобиле было бы невозможно.

В автомобилях в ДВС используется классическая тормозная система, в основу которой заложен фрикционный механизм — колодки, трущиеся о диск или барабан.

Работа таких тормозов сводится к простому преобразованию кинетической энергии автомобиля в тепловую за счет сил трения между колодками и диском, и дальнейшему рассеиванию тепла в атмосфере.

При этом энергия тратится бесполезно и теряется безвозвратно.

Проблему бесполезной потери энергии конструкторы подметили давно, и на протяжении многих десятков лет они ищут пути ее решения. Наиболее успешное решение — рекуперативная система торможения, которая сначала была внедрена в железнодорожном транспорте, а затем стала использоваться и на автомобилях. Но на автомобилях не простых, а электрических или гибридных.

  • Рекуперация — это компенсация (или возврат) затрат энергии, а значит, рекуперативная система торможения — это такая система, которая возвращает часть затраченной на торможение транспортного средства энергии. При этом возможны два случая:
  • — На электрическом транспорте — при рекуперативном торможении вырабатывается электроэнергия, которая либо запасается в аккумуляторах, либо поступает в контактную сеть; — На неэлектрическом транспорте — при рекуперативном торможении запасается кинетическая энергия (обычно с помощью массивного маховика), которая впоследствии затрачивается на разгон.
  • О каждом типе рекуперативных систем торможения необходимо рассказать более подробно.

Принцип работы электрической системы рекуперативного торможения

Работа электрической системы рекуперации сводится к следующему.

Тяговые электродвигатели (ТЭД) при необходимости торможения транспортного средства (железнодорожного состава или автомобиля) отключаются от электропитания и переходят в генераторный режим, то есть начинают сами вырабатывать ток. В этом режиме на валах электродвигателей возникает тормозной момент, который и приводит к снижению скорости транспортного средства.

В чем причина возникновения тормозного момента? Она кроется в основах электродинамики: при вращении ротора в его обмотке и обмотке статора возникают токи противоположного направления — взаимодействие этих токов и приводит к торможению ротора. При этом на выработку электроэнергии тратится запасенная транспортным средством кинетическая энергия, и по ее истощению (преобразованию в тепло и электроэнергию) происходит снижение скорости поезда или автомобиля.

Нужно отметить, что наибольшее распространение рекуперативное торможения получило на железнодорожном транспорте, особенно на грузовых локомотивах постоянного тока, что обусловлено сложностью рекуперации машин на переменном токе.

При этом система рекуперации используется не для полного торможения состава, а для снижения скорости перед основным торможением и для поддержания оптимального скоростного режима при движении с уклоном.

Так как масса поездов большая (тысячи тонн), эффект от рекуперации значителен и оборачивается экономией в миллионы рублей в год.

Рекуперативное торможение в гибридных и электромобилях

Режим ускорения Режим торможения

Рекуперацию в гибридных и электрических автомобилях реализовать сложнее, чему виной и небольшая масса, и специфика режима движения. В частности, рекуперативная система торможения крайне неэффективна при движении в плотном потоке с частыми, но небольшими разгонами и торможениями — электродвигатели в таком режиме не обеспечивают достаточного торможения, да и энергии они вырабатывают крайне мало. При длительных разгонах и торможениях, а также при движении с горки рекуперация более эффективна, однако рядовой владелец электромобиля или «гибрида» нечасто выезжает за город или переезжает из города в город.

Поэтому на автомобилях система рекуперативного торможения является на основной, а дополнительной — основное торможение производится с помощью обычных фрикционных тормозов.

Кроме того, современные тормоза гибридных и электрических автомобилей — это сложная компьютеризированная система, которая рассчитывает оптимальные режимы торможения, перераспределяет нагрузку между фрикционной и рекуперативной системами торможения, контролирует работу ABS и т.д.

На сегодняшний день рекуперация используется довольно редко, такой системой оснащены несколько серийных моделей автомобилей Toyota. Chevrolet, Nissan, а также знаменитого электромобиля Tesla. И, несмотря на то, что некоторые из этих машин выпускаются более десяти лет, необходимость в рекуперативной системе торможения все еще вызывает споры.

Читайте также:  Замена бензонасоса Ауди А6 c5 своими руками - пошаговая инструкция

Неэлектрические способы рекуперативного торможения

Рекуперация возможна не только на электрическом транспорте, но и на обычных автомобилях с двигателями внутреннего сгорания.

Как было сказано выше, один из самых простых принципов механической рекуперации сводится к запасанию кинетической энергии автомобиля во вращающемся (с частотой десятки тысяч оборотов в минуту) массивном маховом колесе, с дальнейшим использованием этой энергии для разгона транспортного средства.

Такая система (она называется Kinetic Energy Recovery Systems — KERS) довольно сложна в реализации (хотя сама эта идея далеко не нова — маховики для движения используются более века), а ее применение на обычных машинах не дает практически никаких преимуществ.

Несмотря на это, с 2014 года наличие такой системы станет обязательным в болидах «Формулы-1», а в ближайшие годы на рынке могут появиться и серийные автомобили с механической рекуперацией от Volvo.

Как заявляют сторонники рекуперации, использование маховика может значительно снизить расход топлива (а значит и токсичность автомобиля), однако будет ли такая система действительно эффективна — покажет время и количество продаж необычных автомобилей.

Другие статьи

#Уплотнитель стекла

Уплотнитель стекла: прочная установка автомобильного стекла

17.11.2021 | Статьи о запасных частях

Для монтажа автомобильных стекол в кузовные элементы используются специальные детали, обеспечивающие уплотнение, фиксацию и демпфирование — уплотнители. Все об уплотнителях стекол, их типах, конструктивных особенностях и характеристиках, а также о подборе и замене этих элементов — читайте в статье.

#Переходник ключа карданный

Рекуперативное торможение в электромобилях: что это и как работает

Сам по себе термин «рекуперация» известен достаточно давно и подразумевает возможность частичного возврата использованной энергии (тепла, воды, газов) с целью ее повторного применения. В этом смысле рекуперативное торможение также подразумевает процесс возврата части затраченной энергии.

Что это такое рекуперативное торможение

При выборе электромобиля одним из важнейших его параметров является дальность пробега на одной зарядке.

Производители электрокаров проводят активные исследования и внедряют все новые разработки, которые позволяют увеличить дальность пробега электрокара на одной зарядке.

Рекуперативное торможение, как одна из возможностей частичного восстановления заряда батареи, является важным нюансом при выборе электрокара.

https://www.youtube.com/watch?v=ue1vZG3q7bc\u0026t=47s

В нескольких словах рекуперативное торможение электромобилях можно описать как процесс получения энергии в ходе торможения авто, т.е. фактически это подзарядка аккумулятора электрокара прямо по ходу движения.

Принцип работы

Что бы понять, как работает система рекуперативного торможения, необходимо вспомнить, что каждое движущееся тело обладает кинетической энергией.

При торможении машины с ДВС эта энергия расходуется в ходе контакта тормозных колодок и тормозных дисков, стирая их, т.е. просто «в никуда».

В электромобилях применяется более внимательный подход к использованию энергии. Рекуперационный процесс здесь представлен следующим образом:

  1. При начале торможения электрический мотор меняет режим работы: вместо питания от аккумулятора он начинает работать как генератор, вырабатывая энергию. В этот момент в обмотке ротора и статора возникают токи противоположной направленности.
  2. Снижение скорости транспортного средства происходит за счет того, что на валу электромотора появляется тормозной момент.
  3. Имевшаяся до начала торможения кинетическая энергия трансформируется в электрическую и тепловую.
  4. Появляющаяся дополнительная электроэнергия поступает в аккумулятор, тем самым повышая его заряд.

Эффективность рекуперации

Рекуперация электродвигателя с точки зрения физического процесса является достаточно эффективной, поскольку его КПД составляет порядка 70%. Т.е. около 70% затрачиваемой на торможение энергии преобразуется в электроэнергию.

Однако эффективность рекуперативного торможения с точки зрения увеличения дальности пробега машины не такая большая, поскольку увеличение пробега составляет всего в пределах 10-20% в зависимости от условий: тип авто и асинхронного двигателя, размер транспортного средства, скорость движения, характеристики батареи, дорожные условия и т.п.

Условия, при которых рекуперативное торможение двигателя постоянного тока наиболее эффективно:

  • загородные трассы, позволяющие развивать хорошую скорость;
  • холмистая местность и крутые спуски;
  • в городских условиях при передвижении в режиме «старт-стоп»;
  • большие размеры и вес авто;

В данном случае верно правило: чем чаще тормозит электрокар, тем его батарея больше заряжается.

Когда не эффективно

Ситуации, когда рекуперативное торможение электродвигателя не эффективно:

  • движение по ровной поверхности с одной скоростью (в таком режиме движения тормоз машины задействуется редко);
  • низкая температура АКБ (при низкой температуре аккумулятора рекуперативная электроэнергия будет вырабатываться в ограниченном объеме);
  • 100% заряд батареи (невозможно зарядить батарею, если она уже заряжена на 100%).

Перспективы

В ситуации, когда пробег электрокара ограничивается зарядом батареи, важен любой источник, помимо зарядной станции, который может вырабатывать дополнительную энергию.

Поэтому рекуперативное торможение дпт – хороший и перспективный способ увеличения пробега.

А 70% сохраненной энергии – хороший показатель с учетом того, что еще буквально 10-15 лет назад на такие потери вообще не обращали внимание.

Дополнительная информация! Более того, процесс модернизации и оптимизации рекуперации не останавливается. Сейчас ведутся разработки по усовершенствованию рекуперативных систем для того, чтобы повысить их эффективность, а также обеспечить возможность рекуперации не только в режиме торможения.

В частности, активно разрабатывается особая подвеска, устройство которой позволяет использовать рекуперацию и при обычном движении. В этом случае эффективность рекуперации возрастет почти в два раза, а увеличение пробега электрокара за счет такой дополнительной подзарядки составит до 40-50%.

Однако пока непонятно, когда такая схема будет реализована на серийных машинах.

Итог

Отдельные производители шагнули чуть дальше остальных и уже достаточно давно выпускают авто с опцией рекуперации: Nissan Leaf, BMWi3, Hyndai Loniq, Chevrolet Bolt. Другие только планируют это сделать. Тем не менее можно с уверенностью утверждать, что сегодня рекуперация как вид восполнения заряда батареи уже является одним из конкурентных преимуществ электромобиля.

Обратите внимание! Конечно, такой рекуператор не сравнится с зарядной станцией, однако, возможно, именно этот небольшой дополнительный заряд позволит автомобилю доехать до места зарядки и не остановиться где-нибудь на дороге с нулевым уровнем энергии.

Рекуперативное торможение локомотивов

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)

Система рекуперации кинетической энергии MGU-K

Система рекуперации кинетической энергии торможения MGU-K. Представляет собой подобие ранее применяемой системы KERS, электронного типа. Электродвигатель-генератор является центральным местом в системе. Одной из его функций является накопление энергии в аккумуляторную батарею при торможении болида F1.

Другой и основной функцией, является включение в режим электродвигателя. Именно он выдает дополнительные 160 лошадиных сил, разрешенных правилами FIA на 2014 год. Добавку мощности в 160 лс можно использовать в течении 33.

3 сек на каждом круге гонки, что составляет 4 мегаджоуля энергии и это в 10 раз выше, ранее применяемых систем KERS. 160 лс максимально возможная разрешенная дополнительная мощность, но возможны варианты использования меньшей мощности, но более длительное время. Например 80 лс в течении 66.6 секунд.

Разрешены и другие комбинации начиная с 1 лошадиной силы, главное не переступить барьер в 4 МДж. Система MGU-K связана с трансмиссией, аккумулятором и электронным блоком управления, который регулирует все потоки энергий, в том числе и энергию поступающую от системы MGU-H.

По правилам, ограничивающим свободы конструкторов болидов ф1, мотор-генератор MGU-K не может иметь обороты больше чем 50.000 об/мин

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.

Читайте также:  Тормозная жидкость класса дот 4 какая она? характеристики, отличие, совместимость с тж dot 3, dot 5 и dot 5.1

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.

  Чем грозят рязанским автолюбителям «лежачие полицейские»?

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!

Использование на железных дорогах[ | ]

Рекуперативным торможением на железнодорожном транспорте (в частности, на электровозах и электропоездах, 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 некрутому 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.

  Когда Можно Пересекать Сплошную Линию Разметки 2020

Рекуперативное торможение имеет следующие проблемы, которые требуют особого учета при разработке схемы электровоза для их решения:

а) тормозной момент пропорционален не скорости, а разности между скоростью и «скоростью нейтрали», зависящей от настройки системы управления электровоза и напряжения контактной сети.

Так, при скорости ниже нейтрали ТЭДы будут тянуть, а не тормозить. Таким образом, при скорости вблизи нейтрали даже небольшие (в процентах) скачки напряжения сети сильно меняют упомянутую разность, а с ней и момент, и приводят к рывкам.

Правильное проектирование схемы электровоза снижает этот фактор.

б) при параллельном включении якорей рекуперирующих ТЭД схема может получиться неустойчивой при боксовании и склонной к «сваливанию» в режим, когда один ТЭД работает в моторном режиме, питаясь от второго ТЭДа, работающего как генератор, что подавляет торможение. Решение: включение обмоток возбуждения крест-накрест от «чужого» ТЭД (см. схемы ВЛ8 и ВЛ10).

в) необходимы меры защиты против короткого замыкания контактной сети или на самом электровозе.

Для этого используются быстродействующие контакторы, срабатывание которых вызывает в схеме переходный процесс, перемагничивающий обмотки возбуждения ТЭД и ликвидирующий таким образом остаточную намагниченность статора (возбуждения генерации от которой может быть вполне достаточно для перегрева или пожара в случае КЗ в сети).

Ранее рекуперативным торможением оборудовались электровозы постоянного тока ввиду простоты метода переключения ТЭДов в режим генератора (в СССР схема появилась ещё на сурамском поколении электровозов, например, ВЛ22 и с незначительными изменениями применялась до ВЛ11 включительно, в ней решены все три описанные выше проблемы).

В электровозах переменного тока существует проблема, которая заключается в преобразовании выработанного постоянного электрического тока в переменный и синхронизация его с частотой тягового тока, эта проблема решается с помощью тиристорных преобразователей[3].

Электровозы переменного тока, созданные до использования тиристорных инверторов (ВЛ60, ЧС4 и ЧС4Т, а также все поколения ВЛ80, кроме ВЛ80Р) не имели возможности рекуперативного торможения.

Рекуперативное торможение редко используется в пассажирском движении, по крайней мере на «классических» до-тиристорных электровозах вроде ВЛ10 и ВЛ11 из-за возникновение ощутимых рывков при переключении тормозной рукоятки локомотива со ступени на ступень, а также при скачках напряжения контактной сети. Большинство пассажирских локомотивов той поры вовсе не имели этой возможности.

Кроме того, рекуперативное торможение, как и реостатное, сжимает состав и создает удар от сжатия сцепных устройств.

Тем не менее рекуперативное торможение широко применяется на моторвагонном подвижном составе (МВПС) постоянного тока (ЭР2Р, ЭР2Т и более поздние электропоезда). В отличие от поездной работы, в МВПС обычно постоянен вес поезда (его почти никогда не переформируют), а также намного выше тяговооружённость. Это сильно упрощает создание автомата управления рекуперативным торможением.

Рекуперативное торможение на постоянном токе требует переоборудования тяговых подстанций.

Как минимум возможно рассеяние энергии на стационарных резисторах в случае изменения направления тока в фидерах ПС (при этом сохраняется возможность использования энергии рекуперации для тяги другого поезда на этом же участке, что важно при тяжелом профиле пути). Как максимум — необходима установка инверторов.

Рекуперативное торможение на железнодорожных локомотивах может использоваться для подтормаживания в экстренных аварийных случаях при отказе воздушного тормоза.

В частности, имеются сведения о неоднократном применении машинистами рекуперативного торможения на крутом участке Ерал — 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]

Ссылка на основную публикацию