Рекуперативный тормоз что это
Перейти к содержимому

Рекуперативный тормоз что это

  • автор:

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]

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?

Рекуперативное торможение

Водителю на заметку

На чтение 3 мин Просмотров 597 Опубликовано 17.11.2020

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

Рекуперативное торможение

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

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

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

Системы рекуперативного торможения имеются практически на всех современных автомобилях. На бензиновых и дизельных моделях она используется для зарядки аккумулятора, который запускает различные вспомогательные системы в автомобиле, что означает меньше работы для двигателя и меньше сжигаемого топлива. В этих автомобилях система практически незаметна для водителя, но в гибридных и чисто электрических автомобилях рекуперативное торможение играет более важную и очевидную роль. В этих моделях регенерация тормозов может помочь зарядить более крупные аккумуляторы, которые напрямую управляют автомобилем.

Как работает рекуперативное торможение?

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

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

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

На что похоже рекуперативное торможение?

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

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

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

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

ЧЕМ РЕКУПЕРАЦИЯ ПОЛЕЗНА ВЛАДЕЛЬЦАМ ЭЛЕКТРОКАРОВ? ЧТО БУДЕТ ЕСЛИ ИСПОЛЬЗОВАТЬ РЕКУПЕРАТИВНОЕ ТОРМОЖЕНИЕ КАЖДЫЙ ДЕНЬ? КАКИЕ НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ РЕКУПЕРАЦИИ?

Этот процесс известен достаточно давно. Он используется и в железнодорожном, и в автомобильном транспорте. Рекуперация предполагает частичное возвращение использованной энергии (тепла, воды, газов) с целью ее повторного применения. Рекуперация в электромобиле – это процесс превращения кинетической энергии в электрическую с последующим ее возвращением в аккумуляторный блок. Простыми словами, это подзарядка аккумулятора и увеличение запаса хода электрокара прямо в движении. Используя педаль для рекуперативного торможения, можно аккумулировать часть израсходованной энергии и использовать ее повторно.

ПРИНЦИП РАБОТЫ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ:

1. При торможении электромобиля его силовой агрегат отключается от аккумулятора и переходит в генераторный режим, самостоятельно вырабатывая энергию. 2. В таком режиме в обмотках ротора и статора возникают противоположно ориентированные токи. 3. На валу электромотора возникает тормозной момент. Он обеспечивает торможение транспортного средства, снижая скорость. 4. Одновременно с этим неизрасходованная кинетическая энергия превращается в электроэнергию и тепло. 5. Электрическая энергия поступает в аккумулятор, увеличивая его заряд.

ВЫГОДНА ЛИ РЕКУПЕРАЦИЯ В ЕЖЕДНЕВНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ?

Совершенно очевидно, что рекуперация позволяет ездить на большее расстояние без подзарядки. Запас хода остается важным вопросом автопроизводителей, поэтому изобретаются пути его увеличения. Одним из способов увеличения запаса хода есть именно рекуперация. Она позволяет заряжать аккумулятор и увеличивать запас хода без подзарядки, хотя и на незначительное количество. И даже этот небольшой заряд может быть решающим. К тому же в таком случае электромобиль тормозит двигателем, так что тормозные колодки меньше изнашиваются. Это обеспечивает их длительную эксплуатацию, а значит, и меньшие затраты на обслуживание автомобиля. Рекуперацию следует всегда использовать, когда едешь с горки, тогда заряд накапливается больше. Еще владельцы говорят, что авто подзаряжается, если его толкать или тянуть другим авто.

В КАКИХ УСЛОВИЯХ РЕКУПЕРАЦИЯ НАИБОЛЕЕ И НАИМЕНЕЕ ЭФФЕКТИВНА?
Благоприятные условия:

  • когда движение происходит загородными трассами, позволяющими развивать хорошую скорость;
  • холмистая местность и наличие крутых спусков;
  • в городских условиях с проездом множества светофоров в режиме «старт-стоп»;
  • большие размеры и вес авто.

Не эффективно использовать рекуперацию, если:

  • движение происходит по ровной поверхности с одной скоростью (тормоз не используется);
  • низкая температура окружающей среды (рекуперативная электроэнергия будет производиться в ограниченном объеме);
  • 100% заряд батареи (невозможно зарядить батарею, если она уже заряжена на 100%).

ПОДВОДЯ ИТОГ

Рекуперация является хорошим бонусом для владельцев электромобилей. Она позволяет увеличить запас хода, растянуть заряд батареи подольше и обучает экономному стилю вождения. А также хранит определенные детали от износа. Для эффективного рекуперационного торможения нужны частые и длинные спуски, или городская езда в режиме «старт-стоп». Чем чаще тормозит автомобиль, тем больше заряжается аккумулятор.

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

Рекуперативное торможение в электромобилях

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.

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.

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.

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%.

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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *