Что такое система рекуперативного торможения
Перейти к содержимому

Что такое система рекуперативного торможения

  • автор:

Рекуперативное торможение: что это такое и как работает?

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. 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.

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.

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.

12.03.2021 16:39

  • КУПИТЬ ЗАРЯДНУЮ
    СТАНЦИЮ
  • СТАТЬ КЛИЕНТОМ
    ТОКА
  • ТАРИФЫ В СЕТИ
    ТОКА
  • КАРТА ЗАРЯДНЫХ
    СТАНЦИЙ
  • МОБИЛЬНОЕ
    ПРИЛОЖЕНИЕ

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.

Другие статьи

#Омывающие жидкости
29.09.2023 | Статьи о запасных частях

Зима и лето, два полюса, между которыми меняется весь наш мир. И в этом мире существуют омывающие жидкости — помощники, которые обеспечивают нашу безопасность на дороге. В этой статье мы окунемся в мир омывающих жидкостей и узнаем, какие они бывают, от чего зависит их температура замерзания и как их правильно выбрать.

#Рассухариватель клапанов
21.06.2023 | Статьи о запасных частях

Замена клапанов двигателя внутреннего сгорания затрудняется необходимостью съема сухарей — для этой операции используются специальные рассухариватели клапанов. Все об этом инструменте, его существующих типах, конструкции и принципе действия, а также о его выборе и применении читайте в данной статье.

#Переключатель света с регулировкой шкалы
14.06.2023 | Статьи о запасных частях

Во многих отечественных автомобилях ранних выпусков широко использовались центральные переключатели света с реостатом, позволяющим регулировать яркость подсветки приборов. Все о данных устройствах, их существующих типах, конструкции, работе, а также об их правильном выборе и замене читайте в статье.

#Пластина распределителя зажигания
07.06.2023 | Статьи о запасных частях

Одной из основных деталей распределителя зажигания является опорная пластина, отвечающая за функционирование прерывателя. Все о пластинах прерывателя, их существующих типах и конструктивных особенностях, а также о подборе, замене и регулировках данных компонентов подробно рассказано в данной статье.

Правда о системе рекуперативного торможения электровелосипеда

Система рекуперативного торможения используется-3

Рекуперативное торможение электрического транспорта – торможение, при котором электрическая энергии, вырабатываемая тяговыми электромоторами, способными работать в генеративном режиме, преобразуется в иную её форму и возвращается в электрическую сеть или запасается в аккумуляторных батареях транспортного средства. Доказано, что около 30% кинетической энергии во время торможения преобразуется в тепловую энергию, которая за счет силы трения рассеивается в окружающую среду, однако часть энергии может употребляться с целью питания батарей транспортного средства и, соответственно, увеличения диапазона его пробега.

Данная цель достигается преобразованием механической энергии в электрическую. Система рекуперативного торможения уже довольно давно используется при работе таких видов электрических транспортных средств, как: трамваи, электрические поезда, троллейбусы. Во время торможения электродвигатель выполняет функцию генератора, преобразуя тепловую энергию, которая в последующем, проходя через контактную сеть, поступает в энергосистему. Подобный принцип работы электромоторов со временем начал реализовываться в гибридных и электрических автомобилях, электрических мотоциклах, скутерах и даже электровелосипедах.

Система рекуперативного торможения используется в электромобилях ещё с 1967 года, когда впервые удалось добиться дополнительной подзарядки автомобильного концепт-кара при торможении. Огромное количество современных гибридных и электрических транспортных средств используют эту технику с целью расширения диапазона пробега на одном заряде аккумуляторных батарей, и их яркими примерами являются: Toyota Prius , Honda Insight, Tesla Roadster, Chevrolet Volt .

Система рекуперативного торможения используется

На сегодняшний день система рекуперативного торможения широко применяется с целью увеличения дальности пробега целого ряда электрических транспортных средств. Наиболее эффективна рекуперация кинетической энергии для тех видов транспорта, для которых свойствен довольно длинный тормозной путь. Рекуперация сегодня не чужда и многим электровелосипедам. Способностью к рекуперации обладают и мотор-колеса фирмы Электра, комплектуемые соответствующими контроллерами с поддержкой этой функции.

Система рекуперативного торможения используется-1

Один из первых вопросов, который задает практически каждый второй потенциальный покупатель велосипедного электронабора касается предмета поддержания электроникой функции рекуперации энергии при торможении. Похоже, что идея генерирования значительного количества энергии при торможении уже довольно сильно просочилась в массовое сознание украинцев, но, как правило, уровень желаемого не совсем соответствует действительности. Люди мечтают расширить диапазон пробега своего электробайка при помощи рекуперативного торможения практически до бесконечности, однако отдаваемый «импульс» со стороны мотор-колеса при торможении и спусках довольно скромен и гипотетически, в силу довольно такие небольшой мощности двигательного механизма, не может обеспечить восполнение больше чем 10% энергии аккумуляторных батарей. Мотор-колесо не является ракетный двигателем, и просто физически не сможет перескочить через свои возможности. По правде говоря, возможности системы рекуперативного торможения электровелосипеда довольно скромны, но скажу вам так: иногда даже небольшое количества дополнительной энергии может стать спасительной ниточкой в ситуации необходимости увеличения продолжительности поездки. Высокий уровень сохранения энергии при торможении характерен для габаритных транспортных средств – электрических мотоциклов, электромобилей. Довольно таки легкому электрическому велосипеду в отличии от них свойствен принципиально иной механизм работы, да и полезность рекуперации растет в основном с ростом массы транспортного средства. Тяжелые электромобили не теряют большого количества энергии на аэродинамическое сопротивление, в отличии от электрических велосипедов.

Конструктивное исполнение велосипедного мотор-колеса позволяет запасать кинетическую энергию, высвобождаемую при торможении или движении под уклон, и использовать её тогда, когда транспортному средству может понадобится дополнительный импульс для ускорения. Явление рекуперации объясняется снятием напряжения с обмоток статора электромотора и, соответственно, его переходом в генераторный режим. Несмотря на малый процент сохранения энергии при торможении, считать идею системы рекуперативного торможения излишеством явно не стоит, ибо даже малое количество дополнительной энергии способно увеличить максимальное время работы от аккумуляторных батарей.

Рекуперативное торможение — двухступенчатый процесс, обусловленный взаимодействием двигателя-генератора и аккумуляторов транспортного средства. Начальная кинетическая энергия торможения преобразуется в электрическую энергию при помощи генератора, а затем превращается в химическую энергию аккумуляторных батарей. Количество генерируемой энергии при торможении в значительной степени зависит от протяжности холмистых спусков, которыми приходится перемещаться электровелосипедам, непосредственно уровня их уклона, эффективности использования тормозной системы транспортного средства, продуктивности работы, как непосредственно электродвигателя, так и велосипедного контроллера и аккумуляторных батарей.

Теоретически, полное восполнение заряда батарей элекровелосипеда при спусках со склонов возможно, однако для осуществление этой нехитрой «процедуры» потребуется очень крутой холм протяжностью более 322 километров. Но где встретишь в Украине такой крутой спуск, да и вообще в мире? Большая часть территории нашей страны не отличается повышенной холмистостью, да и небольшой доли её «повышенных» участков уж очень далеко до вышеупомянутого показателя. Да и во время спусков со склонов мы тормозим не весь период преодоления его протяжности, нажимая на тормоз, лишь через некоторое время. Более того, настоятельно не рекомендуется использовать функцию рекуперативное торможение в течении длительного промежутка времени при спуске, поскольку это может негативно отобразится на работе аккумуляторных батарей. Даже литиевые батареи по причине плохого восприятия скоростной перезарядки способны запасать не больше 30% преобразуемой тепловой энергии. Главная загвоздка эффективного использования энергии, высвобождаемой при торможении, заключается в том, что ни один из существующих видов аккумуляторных батарей не способен поглощать энергию со скоростью, которая бы соответствовала интенсивности выделения энергии торможения. Правда, на данный момент ученые работают над технологическим процессом использования ионистов (специальных конденсаторов), способных обеспечить более эффективную рекуперацию.

Система рекуперативного торможения используется-2

Если справедливо оценить реальные возможности велосипедной электроники и взять во внимание манеру езды велосипедиста, мы получим показатель возобновления энергии аккумуляторных батареи при торможении не выше 5-7%. Более того, показатель в 5 процентов энергетического восполнения окажется более правдоподобным. Получается, что даже 15-20% запитка аккумуляторных батарея электровелосипеда при торможении просто физически невозможна, не говоря уже о полном восполнении заряда.

В принципе, наличие функции рекуперации энергии Вашему электровелосипеду не повредит, однако и огромной пользы также не принесет. Не стоит летать в облаках и надеяться, что контроллер и мотор-колесо, поддерживающие такие возможности, позволят значительно увеличить потенциал пробега Вашего байка. По сути, огромного количества энергии функция рекуперации сэкономить не даст, но лишний километр проехать позволит. Динамическое торможение электровелосипеда также позитивно отобразится на продолжительности жизни тормозных колодок, а это, поверьте мне, довольно таки большой плюс. Не стоит переоценивать возможности рекуперативной системы электровелосипеда, но и недооценивать её тоже не стоит! А для все тех, кто желает повысить продуктивность работы своего электровелосипеда, и максимально увеличить диапазон его пробега на одном заряде, хочу дать один хороший совет: постарайтесь во время велосипедных путешествий придерживаться режима экономной езды, сочетаемой с периодическим самостоятельным педалированием.

sergey-volter

  • Электровелосипед
  • Электроскутер
  • Электромотоцикл
  • Электроавтомобиль
  • Необычный электротранспорт
  • Аккумуляторы
  • Аксесcуары
  • Источники энергии
  • Исторические факты
  • Юмор
  • Техобслуживание
  • Тех. характеристики
  • Блоги
  • Новости компании

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *