Hogyan működik a regeneratív fékezés elektromos járműveknél

A fékezés a jármű egyik fontos szempontja. A gépjárműveinkben alkalmazott mechanikus fékrendszernek nagy hátránya, hogy hővé pazarolja a jármű mozgási energiáját. Ez az üzemanyag-fogyasztás befolyásolásával csökkenti a jármű általános hatékonyságát. A városi vezetési ciklusban hajlamosak vagyunk gyakrabban elindítani és leállítani a járművet, összehasonlítva az országúti meghajtási ciklussal. Mivel a városi hajtási ciklusban gyakran alkalmazzuk a féket, az energiaveszteség több. A mérnökök kitalálták a regeneratív fékrendszerta fékezés során hő formájában elvezetett kinetikus energia visszanyerésére a hagyományos fékezési módszer szerint. A fizika törvényei szerint nem tudjuk visszanyerni az összes elveszett mozgási energiát, de a kinetikus energia jelentős része még mindig átalakítható és tárolható az akkumulátorban vagy a szuperkondenzátorban. A visszanyert energia hozzájárul a hagyományos járművek üzemanyag-takarékosságának javításához és az elektromos járművek hatótávolságának bővítéséhez. Megjegyzendő, hogy a regeneratív fékezésnek veszteségei vannak a kinetikus energia visszanyerése közben. Mielőtt továbblépne, megnézhet egy másik érdekes cikket az EV-kről:

• Mérnök bemutatása az elektromos járművekről
• Az elektromos járművekben használt motortípusok

A regeneratív fékezés koncepciója a Fly kerekeket használó hagyományos járművekben megvalósítható. A lendkerék nagy tehetetlenségű tárcsák, amelyek nagyon nagy sebességgel forognak. Mechanikus energiatároló eszközként működnek, mivel a jármű mozgási energiáját fékezés közben veszik fel (tárolják). A fékezési folyamat során visszanyert energiát fel lehet használni a jármű megsegítésére induláskor vagy felfelé haladás közben.

Az elektromos járművekben a regeneratív fékezést sokkal hatékonyabban tudjuk beépíteni elektronikus úton. Ez csökkenti a nehéz lendkerék szükségességét, ami extra súlyt ad a jármű teljes tömegéhez. Az elektromos járművek a felhasználók körében jellemző távolsági szorongással járnak. Bár a jármű átlagos sebessége a városi vezetési ciklusban 25-40 km / óra körül van, a gyakori gyorsulás és fékezés hamar lemeríti az akkumulátort. Tudjuk, hogy a motorok bizonyos feltételek mellett generátorként működhetnek. Ennek a szolgáltatásnak a használatával megakadályozható a jármű mozgási energiájának pazarlása. Amikor elektromos járművekben alkalmazzuk a féket, a motorvezérlő (a fékpedál érzékelő kimenete alapján) csökkenti a teljesítményt vagy leállítja a motort. E művelet során a motorvezérlőt arra tervezték, hogynyerje vissza a kinetikus energiát, és tárolja az akkumulátorban vagy a kondenzátorban. A regeneratív fékezés segít az elektromos jármű hatótávolságának 8-25% -kal történő kibővítésében. Az energiatakarékosságon és a hatótávolság növelésén túl a fékezés hatékony ellenőrzésében is segít.

A mechanikus fékrendszerben fordított nyomaték hat a kerékre, amikor megnyomjuk a fékpedált. Hasonlóképpen, a regeneratív fékezés üzemmódjában a jármű sebességét csökkentik azáltal, hogy negatív (a mozgással ellentétes) nyomatékot indítanak el a motorban a motorvezérlő segítségével. Néha az emberek összezavarodnak, amikor azt a koncepciót vizualizálják, hogy a motor generátorként működik, amikor regeneratív fékezés közben fordított irányban forog. Ebben a cikkben meg lehet érteni, hogyan lehet kinetikus energiát regeneratív fékezési módszerrel visszanyerni elektromos járművekben.

Hogyan működik egy motor generátorként

Először arra fogunk koncentrálni, hogy megértsük, hogyan működhet egy motor generátorként. Mindannyian használtuk az állandó mágnes egyenáramú motort olyan robotikai alkalmazásokban, mint a vonalkövető. Amikor a motorhoz csatlakoztatott robot kerekét szabadon forgatják (külsőleg kézzel), néha a motorvezérlő IC megsérül. Ez azért történik, mert a motor generátorként működik, és a generált hátsó EMF (nagyobb nagyságrendű fordított feszültség) a meghajtó IC-n keresztül működik, ami károsítja azt. Amikor ezekben a motorokban forgatjuk az armatúrát, az levágja az állandó mágnesek fluxusát. Ennek eredményeként az EMF-et arra késztetik, hogy ellenezze a fluxus változását. Ezért mérhetünk feszültséget a motor kapcsain. Ennek oka, hogy a hátsó EMF a rotor fordulatszámának (rpm) függvénye. Ha a fordulatszám nagyobb, és ha a generált hátsó emf meghaladja a tápfeszültséget, akkor a motor generátorként működik. Most nézzük meghogyan működik ez az elv elektromos járművekben a fékezés miatti energiaveszteség elkerülése érdekében.

Amikor a motor felgyorsítja a járművet, a vele összefüggő mozgási energia a sebesség négyzetének megfelelően növekszik. A jármű leállása közben a jármű nyugalomba kerül, amikor a mozgási energia nulla lesz. Amikor elektromos fékben működtetjük a fékeket, a motorvezérlő úgy működik, hogy pihentesse a motort, vagy csökkentse a sebességét. Ez magában foglalja a motor nyomatékának és a forgásiránynak a megfordítását. E folyamat során a hajtótengelyhez kapcsolt motor rotora EMF-et generál a motorban (analóg módon a generátor rotorját hajtó primer mozgatóval / turbinával). Amikor a létrehozott EMF meghaladja a kondenzátorbank feszültségét, a teljesítmény a motorból a bankba áramlik. Így a visszanyert energiát az akkumulátor vagy a kondenzátor bank tárolja.

Hogyan működik a regeneratív fékezés az elektromos járművekben?

Vegyük figyelembe, hogy egy autó meghajtásának motorja egy háromfázisú váltakozó áramú indukciós motor. A motor jellemzőiből tudjuk, hogy amikor egy háromfázisú indukciós motor szinkronsebessége felett jár, a csúszás negatívvá válik, és a motor generátorként (generátorként) működik. Gyakorlati körülmények között az indukciós motor fordulatszáma mindig kisebb, mint a szinkron sebesség. A szinkron sebességaz állórész forgó mágneses mezőjének sebessége, amelyet a háromfázisú táplálás kölcsönhatása okoz. A motor beindításakor a rotorban indukált EMF maximális. Amint a motor forogni kezd, az EMF az indukció csökken a csúszás függvényében. Amikor a rotor fordulatszáma eléri a szinkron sebességet, az indukált EMF nulla. Ezen a ponton, ha megpróbáljuk a rotort ezen sebesség felett forgatni, az EMF indukálódik. Ebben az esetben a motor aktív energiát juttat vissza a hálózatba vagy a tápellátásba. A jármű sebességének csökkentése érdekében fékezünk. Ebben az esetben nem számíthatunk arra, hogy a rotor sebessége meghaladja a szinkron sebességet. Itt jön a képbe a motorvezérlő szerepe. A megértés érdekében vizualizálhatunk, mint az alábbi példa.

Tegyük fel, hogy a motor 5900 / perc fordulatszámon forog, és az ellátási frekvencia 200 Hz, ha fékezünk, csökkentenünk kell a fordulatszámot, vagy nullára kell hoznunk. A vezérlő a fékpedál-érzékelő bemenetének megfelelően működik, és végrehajtja ezt a műveletet. Ennek során a vezérlő a tápfrekvenciát 200 Hz-nél kisebbre, például 80 Hz-re állítja be. Ezért a motor szinkron fordulatszáma 2400 ford / perc lesz. A motorvezérlő szempontjából a motor sebessége meghaladja a szinkron sebességét. Mivel a fékezés során csökkentjük a fordulatszámot, a motor most generátorként működik, amíg a fordulatszám 2400-ra csökken. Ebben az időszakban a motortól áramot tudunk kinyerni és az akkumulátorban vagy a kondenzátorban tárolhatjuk.Megjegyzendő, hogy az akkumulátor továbbra is táplálja a háromfázisú indukciós motorokat a regeneratív fékezési folyamat során. Ennek oka, hogy az indukciós motorok nem rendelkeznek mágneses fluxusforrással, amikor a tápfeszültség kikapcsolt állapotban van. Ezért a motor, amikor generátorként működik, az áramforrásból reaktív energiát vesz fel a fluxus-összeköttetés létrehozása érdekében, és aktív energiát szolgáltat vissza. Különböző motorok esetében a kinetikus energia visszanyerésének elve a regeneratív fékezés során eltérő. Az állandó mágneses motorok áramellátás nélkül generátorként működhetnek, mivel a rotorban mágnesek vannak a mágneses fluxus előállítására. Hasonlóképpen kevés motorban van reziduális mágnesesség, amely kiküszöböli a mágneses fluxus létrehozásához szükséges külső gerjesztést.Ennek oka, hogy az indukciós motorok nem rendelkeznek mágneses fluxusforrással, amikor a tápfeszültség KI van kapcsolva. Ezért a motor, amikor generátorként működik, az áramforrásból reaktív energiát vesz fel a fluxus-összeköttetés létrehozása érdekében, és aktív energiát szolgáltat vissza. Különböző motorok esetében a kinetikus energia visszanyerésének elve a regeneratív fékezés során eltérő. Az állandó mágneses motorok áramellátás nélkül generátorként működhetnek, mivel a rotorban mágnesek vannak a mágneses fluxus előállítására. Hasonlóképpen kevés motorban van reziduális mágnesesség, amely kiküszöböli a mágneses fluxus létrehozásához szükséges külső gerjesztést.Ennek oka, hogy az indukciós motorok nem rendelkeznek mágneses fluxusforrással, amikor a tápfeszültség kikapcsolt állapotban van. Ezért a motor, amikor generátorként működik, az áramforrásból reaktív energiát vesz fel a fluxus-összeköttetés létrehozása érdekében, és aktív energiát szolgáltat vissza. Különböző motorok esetében a kinetikus energia visszanyerésének elve a regeneratív fékezés során eltérő. Az állandó mágneses motorok áramellátás nélkül generátorként működhetnek, mivel a rotorban mágnesek vannak a mágneses fluxus előállítására. Hasonlóképpen kevés motorban van reziduális mágnesesség, amely kiküszöböli a mágneses fluxus létrehozásához szükséges külső gerjesztést.a kinetikus energia visszanyerésének elve a regeneratív fékezés során eltérő. Az állandó mágneses motorok áramellátás nélkül generátorként működhetnek, mivel a rotorban mágnesek vannak a mágneses fluxus előállítására. Hasonlóképpen kevés motorban van reziduális mágnesesség, amely kiküszöböli a mágneses fluxus létrehozásához szükséges külső gerjesztést.a kinetikus energia visszanyerésének elve a regeneratív fékezés során eltérő. Az állandó mágneses motorok áramellátás nélkül generátorként működhetnek, mivel a rotorban mágnesek vannak a mágneses fluxus előállítására. Hasonlóképpen kevés motorban van reziduális mágnesesség, amely kiküszöböli a mágneses fluxus létrehozásához szükséges külső gerjesztést.

Az elektromos járművek többségében az elektromos motor csak az egyetlen hajtótengelyhez (leginkább a hátsó kerék hajtott tengelyéhez) csatlakozik. Ebben az esetben mechanikus fékrendszert (hidraulikus fékezést) kell alkalmaznunk az első kerekekhez. Ez azt jelenti, hogy a vezérlőnek a fékek működtetése közben fenn kell tartania a koordinációt mind a mechanikus, mind az elektronikus fékrendszer között.

Megéri-e a regeneratív fékezést minden elektromos járműben megvalósítani?

A regeneratív fékezési módszer koncepciójában kétségtelen az energia-visszanyerési potenciál, de vannak bizonyos korlátai is. Amint azt korábban említettük, az akkumulátorok töltési sebessége lassú ahhoz képest, amellyel lemerülhetnek. Ez korlátozza a visszanyert energia mennyiségét, amelyet az elemek hirtelen fékezéskor (gyors lassítás) tárolhatnak. Nem ajánlott regeneratív fékezést használni teljesen feltöltött körülmények között. Azért, mert a túltöltés károsíthatja az elemeket, de az elektronikus áramkör megakadályozza azok túltöltését. Ebben az esetben a kondenzátorbank el tudja tárolni az energiát és segíthet a tartomány kiterjesztésében. Ha nincs ott, akkor a gépjármű fékjei működnek a jármű leállításához.

Tudjuk, hogy a mozgási energiát 0,5 * m * v ^{2 adja meg}. Az energia mennyisége, amelyet visszanyerhetünk, a jármű tömegétől és annak sebességétől függ. Az össztömeg inkább nehéz járművekben van, mint például elektromos autók, elektromos buszok és teherautók. A városi vezetési ciklusban ezek a nehéz járművek gyorsulást követően nagy lendületet kapnak annak ellenére, hogy kis sebességgel haladnak. Tehát a fékezés során a rendelkezésre álló mozgási energia több, mint egy azonos sebességgel közlekedő elektromos robogóhoz képest. Ezért a regeneratív fékezés hatékonysága inkább elektromos autókban, buszokban és más nehéz járművekben érvényesül. Noha kevés elektromos robogó rendelkezik a regeneratív fékezés funkciójával, ennek a rendszerre gyakorolt ​​hatása (a visszanyert energia mennyisége vagy a kiterjesztett hatótávolság) nem annyira hatékony, mint az elektromos autóknál.

A kondenzátor bankok vagy az ultra kondenzátorok szükségessége

Fékezés közben azonnal le kell állítanunk vagy csökkentenünk kell a jármű sebességét. Ezért ebben a pillanatban a fékezés rövid ideig elérhető. Az akkumulátorok korlátozzák a töltési időt, ezért nem tudunk egyszerre több energiát leadni, mert ez rontja az elemeket. Ezen kívül az akkumulátor gyakori feltöltése és lemerülése az akkumulátor élettartamát is lerontja. Ezek elkerülése érdekében kondenzátor bankot vagy ultrakondenzátorokat adunk a rendszerhez. Az ultra kondenzátorok vagy a szuper kondenzátorok sok cikluson keresztül képesek lemerülni és feltöltődni teljesítményromlás nélkül, ami hozzájárul az akkumulátor élettartamának növeléséhez. Az ultra kondenzátor gyors reakcióval rendelkezik, ami segít az energiacsúcsok / túlfeszültség hatékony megragadásában a regeneratív fékezés során.Az ultrakondenzátor választásának oka az, hogy 20-szor több energiát képes tárolni, mint az elektrolit kondenzátorok. Ez a rendszer egy DC-DC átalakítót tartalmaz. A gyorsítás során a boost művelet lehetővé teszi a kondenzátor kisütését egy küszöbértékig. Lassítás (azaz fékezés) során a bak művelet lehetővé teszi a kondenzátor töltését. Az ultrakondenzátorok jó átmeneti reakcióval rendelkeznek, ami hasznos a jármű indításakor. Azáltal, hogy a visszanyert energiát az akkumulátortól elkülönítve tárolja, segíthet a jármű hatósugarának kiterjesztésében, és a hirtelen gyorsulást is támogathatja a töltőáramkör segítségével.fékezés) a bak művelet lehetővé teszi a kondenzátor feltöltését. Az ultrakondenzátorok jó átmeneti reakcióval rendelkeznek, ami hasznos a jármű indításakor. Azáltal, hogy a visszanyert energiát az akkumulátortól elkülönítve tárolja, segíthet a jármű hatósugarának kiterjesztésében, és a hirtelen gyorsulást is támogathatja a töltőáramkör segítségével.fékezés) a bak művelet lehetővé teszi a kondenzátor feltöltését. Az ultrakondenzátorok jó átmeneti reakcióval rendelkeznek, ami hasznos a jármű indításakor. Azáltal, hogy a visszanyert energiát az akkumulátortól elkülönítve tárolja, segíthet a jármű hatósugarának kiterjesztésében, és a hirtelen gyorsulást is támogathatja a töltőáramkör segítségével.