Система рекуперативного торможения что это?
Рекуперация: и дать, и взять
Еще до появления легковых гибридов рекуперативное торможение широко применяли в многотонной колесной и рельсовой технике, работающей на электрической тяге. Например, троллейбусы, трамваи, электропоезда передают вырабатываемое при торможении в контактную сеть электричество, которое потом можно повторно использовать.
Термин «рекуперация» произошел от латинского recuperatio (обратное получение) и означает возвращение некоего количества вещества или энергии для последующего использования в том же технологическом процессе.
Например, существует рекуперация тепла в системах вентиляции, когда удаляемый из помещения воздух подогревает поток, нагнетаемый внутрь. Или рекуперация драгоценных камней или металлов, которые извлекают из отработавших ресурс инструментов, восстанавливают и вновь пускают в производство. В транспортных же машинах, в том числе в автомобилях, часто встречается рекуперация электрической энергии.
Как оно работает
Самый простой пример конструкции, позволяющей возвращать энергию, — умный генератор. При интенсивном разгоне он отключается, чтобы разгрузить двигатель, — следовательно, уменьшается расход топлива и количество вредных выбросов. Потребители электричества в это время вытягивают энергию из аккумулятора. Водитель убирает ногу с педали газа — генератор вновь подключается и пополняет заряд батареи, а автомобиль экономит до 3% горючего.
Направление потоков энергии при рекуперации. При разгоне электричество поступает из батареи в электродвигатель, где преобразуется в механическую энергию для вращения колес.
Еще больше пользы приносит рекуперация в гибридных и электрических моделях. Тут электромотор выполняет две функции — движущей силы и генератора. Разгоняя автомобиль, он потребляет электричество, а при замедлении преобразует механическую энергию в электрическую. Стоит отпустить педаль акселератора, как электроны начинают двигаться в обратную сторону — и батарея заряжается.
При торможении колеса раскручивают электромотор, тот переходит в режим генератора и отдает электроэнергию обратно в батарею.
У таких машин тормозная система, как и силовая установка, — гибридная. Бессменная гидравлика, приводящая в действие колесные механизмы, работает обычно при интенсивном замедлении, а при плавном (до 0,2–0,3g) используется так называемое рекуперативное торможение. Электродвигатель переходит в режим генератора, обмотки статора отдают ток в аккумуляторную батарею, что создает тормозной момент, заставляющий автомобиль останавливаться. Чем сильнее водитель давит на тормоз, тем выше противодействующий момент — и тем интенсивнее автомобиль замедляется, а электромотор заряжает батареи. Таким образом, рекуперация позволяет не только экономить топливо (примерно 5–10%), но и в полтора-два раза реже менять тормозные колодки.
Повышенная энергоотдача в батарею происходит и в случае, если селектор режимов движения переведен в положение B (Brake). При этом автомобиль лучше тормозит двигателем, поэтому на горной дороге быстрее пополнится запас электричества в аккумуляторах, а тормозные диски и колодки не перегреются.
Использование
Принцип рекуперации пытаются использовать в автомобилях Формулы 1: редкий случай, когда технологию опробовали на серийных машинах, а потом предложили королеве автоспорта. Правда, конструкции так называемого KERS (Kinetic Energy Recovery System — система возврата кинетической энергии) здесь более изощренные. Большинство команд используют электрическую рекуперацию. У «Вильямса» в коробку встроен сверхкомпактный маховик, который раскручивается при торможении, накапливая механическую энергию, чтобы потом отдать ее обратно на колеса:
Сверхкомпактный маховик
Обкатав KERS на формулах, Ferrari примерила систему рекуперации на дорожный автомобиль.
На базе купе 599 GTB Fiorano появился первый в истории Ferrari гибрид 599 GTB HY-KERS. Шестилитровому бензиновому двигателю на разгоне помогает 74-киловаттный электромотор, вырабатывающий энергию при торможении и позволяющий проехать на электротяге до 5 км.
Рекуперативное торможение современных автомобилей
Смотрите принцип работы и устройство системы рекуперативного торможения. Наведен принцип работы, характеристики, устройство механизма и другие подробности системы. В конце статьи видео-обзор принцип работы рекуперативного торможения. Смотрите принцип работы и устройство системы рекуперативного торможения. Наведен принцип работы, характеристики, устройство механизма и другие подробности системы. В конце статьи видео-обзор принцип работы рекуперативного торможения.
Система рекуперативного торможения или как чаще называют рекуперативное торможение – с латыни обозначает обратное получение или возращение. Если не усугубляться, то это вид электрического торможение, который вырабатывает электроэнергию за счет двигателей генераторов в момент торможения или произвольного движения транспортного средства. Данные механизм не обязательно устанавливать на автомобили, его можно встретить на электрических скутерах или велосипедах.
Что такое рекуперативная система торможения
С небольшого предыдущего описания становится понятно, что система рекуперативного торможения относится к разряду электрической части и многим связана с кинетической энергией. Простыми словами, в момент торможения транспортного средства или движения, без нагрузки на двигатель происходит трата энергии, которая негде ранее не применялась. Как правило, такая кинетическая энергия перерабатывается в тепловую энергию и в дальнейшем рассеется.
Основой для системы рекуперативного торможения используется электродвигатель, который вмонтирован в трансмиссию транспортного средства. В момент торможения электродвигатель срабатывает в режиме генератора, тем самым начиная вырабатывать электроэнергию. Если объяснить по-простому, система рекуперативного торможения – специальным механизм, который может вырабатывать электроэнергию в момент торможения или передвижения транспорта «накатом». Далее полученная энергия накапливается в батареях или же заряжает аккумулятор и хранится до необходимого момента.
Чаще всего таким моментом может быть момент старта автомобиля на светофоре. В такой ситуации система автоматически включает электродвигателя, тем самым уменьшая нагрузку на основной двигатель внутреннего сгорания. В момент старта, электрические двигателя приводят в движение ось автомобиля. Так же это резервный источник автомобиля для езды на короткие дистанции и на малой скорости. По разным данным, запаса заряда такой батареи хватит на 30-50 км пути.
Как правило, рекуперативное торможение устанавливается на гибридные автомобили или современные электрокары. Таким образом, получается, что энергия, полученная в последствии рекуперативного торможения в электрокарах используется для заряда батареи, в неэлектрических (гибридных) такая энергия предназначена для уменьшения силы в момент старта транспорта.
Устройство рекуперативного торможения
Говорить об определенной смехе устройства рекуперативного торможения смысла нет, так как у каждого производителя она своя. Тем более не меньше зависит от марки и устройства самого автомобиля. Проще всего данный механизм реализован на гибридных автомобилях, поэтому возьмем их за пример устройства и в дальнейшем принципа работы.
В основной перечень деталей системы рекуперативного торможения, гибридного автомобиля входит:
двигатель внутреннего сгорания;
В зависимости от модели и доработок инженеров, в перечень так же могут входить дополнительные механизмы, датчики замера скорости и прочее, что способствует стабильной и качественной работе системы.
Электродвигатель, он же генератор работает двунаправлено. В одном случае механизм может генерировать электричество, перерабатывая кинетическую энергию, в другом случае – использовать накопленную энергию с батареи для режима ускорения. Само строение такого электродвигателя может существенно отличатся, аналогично, как и мощность. Передаточный механизм, устанавливаемый на разные узлы, так же играет немало важную роль. Именно за счет него передается усилие между разными составными механизмами системы рекуперативного торможения.
Что касается двигателя внутреннего сгорания, то особых отличий у него нет. В частности это синхронизированная работа с электродвигателем, а так же особенности конструкции для каждого производителя. Аналогично особых отличий по аккумуляторной батарее не будет, с характеристик важна емкость, скорость зарядки и ток. Минимум разницы будет в инверторе, основная его задача преобразовать один вид электричества в другой (чаще всего переменный в постоянный или с 12V на 45V).
Неотъемлемой деталью системы рекуперативного торможения считается сцепление, благодаря ему, блок управления может подключать или выключать электродвигатель генератор, а так же задавать направление работы механизма (вырабатывать электроэнергию или потреблять из аккумулятора).
Последний и один из самых главных элементов – электронный блок управления. Именно он выполняет основную роль управления всеми элементами механизма, а так же решает когда и в каком направлении включать генератор рекуперативной системы. Помимо основных функций по управлению системой рекуперации тормозов, электронный блок управления ведет контроль:
-
скорости вращения колес;
поддержание работы электродвигателя;
поддержка крутящего момента двигателя внутреннего сгорания;
Как видим, устройство такого механизма не сложное, каждый из элементов выполняет поставленную задачу и несет важность в цепочке системы. Таким образом, не только уменьшается нагрузка на основной двигатель, но и увеличивается экономия топлива.
Как работает рекуперативное торможение
Рассмотрев устройство системы рекуперативного торможения, а так же за что отвечает определенная деталь, можно рассмотреть принцип работы всего механизма. Как уже говорили, принцип работы механизма двунаправленный, то есть он может, как вырабатывать электричество, так и потреблять.Вся работа механизма рекуперативного торможения начинается из оси автомобиля, как правило, это задняя ось. Электродвигатель, он же генератор может быть включен в трансмиссию или подсоединен к трансмиссии за счет передаточных механизмов. В момент торможения или езды накатом, электродвигатель переходит в режим генератора, тем самым вырабатывая электричество и преобразуя кинетическую энергию автомобиля. Полученное электричество подается на инвертор, он же в свою очередь преобразует (в данном случае может понижать или повышать) электроэнергию и подает на аккумуляторную батарею для накопления.
Не исключено, что в данной цепочке могут быть установлены различные контроллеры, дополнительные преобразователи и другие вспомогательные механизмы, которые способствуют работе рекуперативного торможения. Стоит помнить, что в момент работы генератора (выработки электроэнергии) двигатель внутреннего сгорания отключается от трансмиссии, в отдельных моделях автомобилей система вовсе его может заглушить автоматически, тем самым экономить топливо.
Если рассматривать обратный процесс работы, подачу электричества на электродвигатель, то есть небольшие отличия. В таком случае, срабатывает сцепление, которое преобразует генератор в электродвигатель и тем самым подключает в помощь двигатель внутреннего сгорания. Поданное питание с аккумулятора проходит через инвертор и передается на электродвигатель, благодаря чему упрощается старт автомобиля с места. Такой же принцип работы механизма, когда автомобиль двигается на предельно небольшой скорости и только на электротяге.
Какие бывают виды рекуперативного торможения
Несмотря на то, что система рекуперативного торможения чаще всего устанавливается на гибридные автомобили, специалисты выделяют несколько других видов рекуперации кинетической энергии. Выше наведенный способ рекуперации кинетической энергии – это электрический способ, но так же есть пневматический, механический и гидравлический, которые дают аналогичные результаты.
Из трех последних способов рекуперации, самым распространенным считается механический вариант. У разных авто производителей механизм числится под названием KERS (Kinetic Energy Recovery Systems). Основой для такой разновидности считается маховик, который вращаясь в момент торможения, перерабатывает энергию. В таком механизме маховик расположен на трансмиссии, и, как правило, может разгоняться до 60000 оборотов за минуту. Благодаря таким характеристикам обеспечивается передача мощности в дополнительные 80 л.с. (60 кВт). Зачастую такая накопленная электроэнергия используется для краткого разгона с места или же скоростного рывка в момент обгона.
Примером использования можно считать болиды Formula 1, начиная с 2009 года. Если говорить об автомобилях серийного производства, то данный вариант только планируют внедрять. Как показывает статистика, быстрей всего данную технологию внедрят на автомобилях Volvo. Производитель уже тестирует данную технологию в городском цикле на опытных образцах. По словам производителя Volvo, использование любого их видов рекуперативного торможения помогает сэкономить порядка 20% топлива от основного расхода.
Положительные и негативны стороны рекуперативной системы
С положительных моментов такой системы можно выделить несколько деталей, в частности это увеличение запаса хода и уменьшение нагрузки на двигатель внутреннего сгорания в момент старта. Так же в современных автомобилях инженеры стали внедрять вспомогательные системы Start/Stop и адаптивный круиз-контроль с возможностью полной остановки и движения в пробках.
Что касается негативных моментов рекуперативной системы торможения, то без них не обошлось. Если на малой скорости механизм эффективен и от него есть смысл, то на большой скорости рекуперативное торможение становится бесполезным, так как сила торможения мизерная, заряда аккумуляторной батареи практически нет. Так же с минусов небольшой запас заряда, а значит, проехать длинную дистанцию гибридный автомобиль не сможет.
Еще один существенный минус системы рекуперативного торможения – стоимость. В среднем, разница цены автомобиля между наличием и отсутствием данного механизма может быть порядка $5000. Бывалые владельцы авто с подобным механизмом говорят о том, что частый старт и стоп двигателя приводит к неожиданным поломкам, к тому же обслуживание подобной системы так же стоит денег. Как результат, мнение владельцев автомобилей чаще разделяется на два мнения, кто-то положительно относится к такой систему, другие же негативно и стараются не использовать, несмотря на увеличение расхода топлива. На сегодня подобную технологию можно найти не на всех современных автомобилях, в большей части система установлена на Tesla, гидриды от Toyota, Honda и Porsche.
Видео-обзор принцип работы рекуперативного торможения:
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.
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.
Рекуперативное торможение
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]
Содержание
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]
Рекуперация или преобразование кинетической энергии торможения
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)
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!
