Рекуперативное торможение в электромобилях: что это и как работает

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.

Что такое рекуперативная система?

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

Основанием для её разработки стали высокие цены на топливо и стремление снизить расходы.

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

Использующую рекуперацию тормозную систему нельзя назвать достаточно эффективной.

Хотя её КПД довольно большой – производители электромобилей и другого электрического транспорта (велосипедов, мопедов и грузовых авто) называют цифру в 60-70% возврата.

При этом первые 10-20% теряются сразу, при захвате кинетической энергии – ещё примерно такое же количество аккумулятор недополучает в процессе преобразования в электроэнергию.

С одной стороны, показатель достаточно большой – 70% кинетической энергии подзаряжают аккумулятор электромобиля.

Запас хода увеличивается, и транспортное средство может проехать дальше на одном заряде.

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.

Перспективы использования рекуперации

Повысить эффективность рекуперативной системы позволяет её использование не только при торможении, но и во время обычной поездки.

Предполагается, что энергия будет возвращаться благодаря инновационной подвеске, которую уже разрабатывают компании Levant Power и ZF.

В будущем такими устройствами могут оснащаться все серийно выпускаемые авто.

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 | это… Что такое Рекуперативное торможение?

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

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

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

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

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

Использование в автомобилестроении

Использование на легковых и грузовых автомобилях

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

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

Использование в автоспорте

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

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

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

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

Использование на железных дорогах

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

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

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

Примечания

1. ↑ Без электричества: маховики и гидравлика
2. ↑ Formula 1
3. ↑ В. К. Калинин. Электровозы и электропоезда. 1991.
4. ↑ Железнодорожная катастрофа 11 августа 2011 года
5. ↑ Тормоза вагонов

См. также

• Ионистор
• Рекуперативно-реостатное торможение
• Реостатное торможение

Ссылки

• Volvo объявила о создании гибридной технологии для тяжёлых машин
• Гидравлические аккумуляторы
• Рекуперативное торможение listino automobile Turin University Study
• Себастьян Феттель рассказывает об устройстве KERS и DRS на YouTube
• Тяжелые гибриды — статья о применении рекуперативного торможения

Рекуперативное торможение: что это такое и как оно работает?

Перейти к содержимомуПерейти к нижнему колонтитулу

Советы и рекомендации

• Главная
• Особенности
• Советы и рекомендации

Рекуперативное торможение превращает кинетическую энергию вашего автомобиля в электричество для зарядки аккумулятора и повышения эффективности.

Вот как…

Автор: Sam Naylor

6 ноября 2020 г.

6 ноября 2020 г.

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 этой системой? Читайте дальше, чтобы узнать все, что вам нужно знать.

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

Рекуперативное торможение — это способ использования энергии, потраченной впустую в процессе замедления автомобиля, для перезарядки автомобильных аккумуляторов. В обычном автомобиле торможение просто тратит энергию впустую, но при рекуперативном торможении часть энергии можно использовать повторно.

Рекуперативные тормозные системы распространены на многих современных автомобилях. На бензиновых и дизельных моделях он используется для зарядки аккумулятора, который управляет различными вспомогательными системами автомобиля, что означает меньшую работу двигателя и меньшее сжигание 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 этих моделях регенерация тормозов может помочь зарядить более крупные аккумуляторы, непосредственно приводящие в движение автомобиль.

Как работает рекуперативное торможение?

Электродвигатель вашего гибридного или электрического автомобиля работает в двух направлениях: одно для привода колес и движения автомобиля, а другое для подзарядки аккумулятора. Когда вы поднимаете ногу с педали акселератора и нажимаете на тормоз, двигатель меняет направление и начинает возвращать энергию в аккумулятор.

Когда этот процесс начинается, вы можете почувствовать, как машина начинает замедляться. В каждом автомобиле с этой функцией возникают разные ощущения, потому что производители могут запрограммировать степень рекуперативного торможения, когда вы отпускаете педаль.

Все автомобили имеют нормальные тормоза, поэтому, если вы нажмете на педаль достаточно сильно, гидравлическая система сработает, чтобы быстро остановить вас (в зависимости от вашей скорости). Опять же, разные автомобили будут иметь разное усилие на педаль, необходимое для срабатывания тормозов. 

На что похоже рекуперативное торможение?

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

Если вы хотите собрать как можно больше потерянной энергии, вы можете установить максимальное значение, или если вы ненавидите ощущение торможения автомобиля, вы можете отключить его. В большинстве случаев стоп-сигналы автомобиля включаются, если автомобиль резко замедляется, даже если вы даже не касаетесь педали тормоза.

В некоторых автомобилях даже есть автоматический круиз-контроль, использующий регенерацию тормозов. Автомобиль впереди контролируется датчиками, а рекуперация тормозов используется для соответствия скорости автомобиля на дороге.

Во многих электромобилях, когда вы полностью отпускаете педаль, создается впечатление, что вы твердо держите ногу на тормозе. Это часто называют вождением одной педалью, так как вам нужно модулировать правую ногу для ускорения и замедления, а не переключать ее между педалями тормоза и акселератора.

В Nissan Leaf это называется e-Pedal, и его можно включать и выключать с помощью кнопки на приборной панели. В Kia e-Niro за рулевым колесом есть лепестки, которые обеспечивают четыре различных уровня регенерации.

Однако в других моделях регенеративная сила не очень велика. Это больше похоже на то, что вы находитесь на высокой передаче и используете торможение двигателем для замедления в бензиновом или дизельном автомобиле.

Рекуперативное торможение обычно оказывает негативное влияние на ощущение педали тормоза, поэтому к нему нужно привыкнуть, особенно когда вы выясняете точку перехода между рекуперативным торможением и гидравлической тормозной системой.

Чтобы просмотреть список лучших электромобилей, которые можно купить сейчас, нажмите здесь…

Самый популярный

Новый Mini Cooper Speed ​​Allploaded

News

New Mini Cooper Speed ​​Allploaded

The New и Bescoke Electric Mini был пойман в полном объеме производства, не снятой

3 3 апр. 2023 г.

3 апр. 2023 г.

«Игнорируя потенциал электронного топлива в автомобилях, правительство Великобритании предпочитает звуковые фрагменты обоснованной науке»

Мнение

«Игнорируя потенциал электронного топлива в автомобилях, правительство Великобритании предпочитает звуковые фрагменты обоснованной науке»

Энди Палмер считает, что Великобритания упускает хитрость, кладя все свои яйца в корзину для электромобилей и игнорируя другие технологии

3 апр 2023

3 апр 2023

Dacia Jogger: европейский марафон на самом дешевом семиместном автомобиле в Великобритании0003

Мы покрываем примерно 1500 миль по Европе, чтобы исследовать корни Дачии

5 апреля 2023

5 апреля 2023

Пропустить Headerskip. вы, вероятно, слышали этот термин раньше, но вы можете не знать, что это такое и как оно работает. Если это так, вы находитесь в правильном месте. В этом руководстве мы расскажем, что такое рекуперативное торможение, а также его преимущества и недостатки.

Что такое рекуперативное торможение и как оно работает?

Рекуперативное торможение — это механизм, используемый в большинстве гибридных и полностью электрических транспортных средств. Он улавливает кинетическую энергию торможения и преобразует ее в электрическую энергию, которая заряжает высоковольтную аккумуляторную батарею автомобиля. Рекуперативное торможение также замедляет автомобиль, что помогает использовать традиционные тормоза.

В обычной тормозной системе автомобиль замедляется из-за трения между тормозными колодками и дисками. Но эта система крайне неэффективна, когда речь идет об экономии энергии. Почти вся кинетическая энергия, движущая ваш автомобиль вперед, теряется в виде тепла, когда вы нажимаете на тормоз. Это очень много потраченной энергии!

Рекуперативное торможение решает эту проблему, регенерируя более 70% кинетической энергии, которая в противном случае была бы потеряна при торможении. Количество восстановленной энергии зависит от модели вашего автомобиля и стиля вождения.

Как система рекуперативного торможения обеспечивает электроэнергию?

Рекуперативное торможение превращает кинетическую энергию в электричество, обращая вспять процесс, движущий автомобиль вперед. В электромобилях трансмиссия питается от аккумуляторной батареи, которая питает двигатель (или двигатели), создавая крутящий момент — силу вращения — на колесах. Другими словами, электрическая энергия батареи становится механической энергией, которая вращает колеса.

При рекуперативном торможении энергия ваших вращающихся колес используется для изменения направления электрического тока — от электродвигателей к аккумулятору. Все, что вам нужно сделать, это убрать ногу с педали акселератора или, в некоторых случаях, нажать на педаль тормоза, чтобы активировать рекуперативное торможение. Электродвигатель не только действует как электрический генератор, но также помогает замедлить движение автомобиля, поскольку энергия потребляется колесами, когда они вращают вал в электродвигателе.

Преимущества и недостатки рекуперативного торможения

Преимущества рекуперативного торможения 

Как вы понимаете, получение и повторное использование большего количества энергии от торможения имеет реальные преимущества для эффективности вашего автомобиля. Кроме того, это означает меньший износ тормозов. Вот самые большие преимущества рекуперативного торможения:

Тормозные колодки и роторы могут служить дольше

Несмотря на то, что рекуперативное торможение само по себе обеспечивает большую тормозную силу, электромобили и гибриды также поставляются с обычными гидравлическими тормозами. Однако, поскольку рекуперативное торможение выполняет большую часть работы по замедлению автомобиля, тормозные колодки и роторы используются гораздо реже.

В результате они обычно служат намного дольше между обслуживаниями, что может помочь водителям сэкономить на затратах на техническое обслуживание. При этом по-прежнему важно регулярно проверять тормоза, и регулярные проверки могут потребоваться в рамках графика технического обслуживания, рекомендованного производителем. Просто принесите свой гибридный или электрический автомобиль в Tyres Plus для быстрой и удобной проверки.

Возможности увеличенного запаса хода для электромобилей

Улавливание энергии торможения и отправка ее обратно в аккумуляторную батарею вашего электромобиля может увеличить запас хода. Оценки показывают, что рекуперативное торможение потенциально может увеличить запас хода на сотни миль в течение года. Это означает меньше времени, затрачиваемого на зарядку, и больше времени на то, чтобы добраться туда, куда вам нужно.

Когда зарядные станции все еще находятся далеко друг от друга во многих районах, каждая миля на счету. Кроме того, когда вы подключаетесь к электросети реже, вы помогаете сократить выбросы от поставщиков электроэнергии, работающих на угле и газе.

Лучшая топливная экономичность для гибридов

Хотя гибриды по-прежнему имеют под капотом двигатели внутреннего сгорания, они спроектированы таким образом, чтобы максимально использовать электродвигатель. Рекуперативное торможение помогает поддерживать заряд аккумуляторной батареи, поэтому водителям не приходится так часто полагаться на свои двигатели, что помогает им снизить расход топлива и сэкономить деньги.

Недостатки системы рекуперативного торможения

Хотя плюсы рекуперативного торможения определенно перевешивают минусы, совершенных технологий не существует. Вот несколько случаев, когда рекуперативное торможение не работает:

Может быть менее эффективным на более низких скоростях

Движение на более низких скоростях означает, что ваш автомобиль имеет меньшую кинетическую энергию и требует меньшего тормозного усилия. В результате система рекуперативного торможения потребляет меньше энергии и не снабжает аккумуляторную батарею большим зарядом. Некоторые производители транспортных средств также считают, что в некоторых ситуациях торможение накатом может перевешивать преимущества рекуперативного торможения.

Педаль тормоза может ощущаться по-разному

Во время вождения вы должны быть уверены, что ваша педаль тормоза работает. Хотя педали тормоза на гибридных и электрических транспортных средствах, безусловно, функционируют, они могут ощущаться иначе, чем вы привыкли.

Возможно, вы на мгновение перестанете реагировать или педаль нажимается не так плавно, как вы ожидаете. В некоторых случаях вам может понадобиться по-другому модулировать педаль.

Хорошей новостью является то, что это изменение ощущения педали тормоза стало меньшей проблемой, чем раньше. Новые гибридные модели и модели EV имеют более чувствительные педали тормоза, которые ощущаются так же, как и любой набор обычных тормозов.

Потенциально меньшая тормозная сила

Хотя рекуперативное торможение работает очень хорошо в большинстве ситуаций торможения, когда вы постепенно останавливаетесь, оно может не обеспечивать такой же уровень тормозной силы, как обычные тормоза. Это означает, что водителям гибридов и электромобилей, возможно, придется сильнее нажимать на тормоза, чтобы добиться такой же эффективности.

Однако эта проблема также решается с появлением новых систем рекуперативного торможения.