Kā darbojas reģeneratīvā bremzēšana elektriskajos transportlīdzekļos

Bremzēšana ir viens no svarīgiem transportlīdzekļa aspektiem. Mehāniskajai bremžu sistēmai, ko izmantojam savos transportlīdzekļos, ir liels trūkums, iztērējot transportlīdzekļa kinētisko enerģiju kā siltumu. Tas samazina transportlīdzekļa kopējo efektivitāti, ietekmējot degvielas ekonomiju. Pilsētas braukšanas ciklā mēs mēdzam biežāk iedarbināt un apturēt transportlīdzekli, salīdzinot ar šosejas braukšanas ciklu. Tā kā pilsētas bremzēšanas ciklā mēs bieži izmantojam bremzi, enerģijas zudumi ir lielāki. Inženieri nāca klajā ar reģeneratīvo bremžu sistēmulai atgūtu kinētisko enerģiju, kas izkliedēta kā siltums bremzēšanas laikā, izmantojot tradicionālo bremzēšanas metodi. Ievērojot fizikas likumus, mēs nevaram atgūt visu zaudēto kinētisko enerģiju, bet joprojām ievērojamu daudzumu kinētiskās enerģijas var pārveidot un uzglabāt akumulatorā vai superkondensatorā. Atgūtā enerģija palīdz uzlabot degvielas ekonomiju parastajos transportlīdzekļos un palīdz paplašināt elektrisko transportlīdzekļu klāstu. Jāatzīmē, ka reģeneratīvās bremzēšanas procesam ir zaudējumi, atgūstot kinētisko enerģiju. Pirms turpināt darbu, varat arī apskatīt citu interesantu rakstu par EV:

• Inženiera ievads elektriskajos transportlīdzekļos (EV)
• Elektrisko transportlīdzekļu motoru veidi

Reģeneratīvo bremzēšanu koncepciju var īstenot ar parastajiem transportlīdzekļos izmanto Fly riteņus. Spararati ir diski ar lielu inerci, kas griežas ļoti lielā ātrumā. Tie darbojas kā mehāniska enerģijas uzkrāšanas ierīce, bremzēšanas laikā uzņemot (uzkrājot) transportlīdzekļa kinētisko enerģiju. Enerģiju, kas atgūta bremzēšanas procesā, var izmantot, lai palīdzētu transportlīdzeklim kustības uzsākšanas vai kustības laikā.

Elektriskajos transportlīdzekļos reģeneratīvo bremzēšanu mēs varam iekļaut daudz efektīvāk elektroniski. Tas samazinās vajadzību pēc smagiem spararatiem, kas transportlīdzekļa kopējam svaram piešķir papildu svaru. Elektriskajiem transportlīdzekļiem ir raksturīga uztraukuma diapazona problēma lietotāju vidū. Lai gan vidējais transportlīdzekļa ātrums pilsētas braukšanas ciklā ir aptuveni 25–40 km / h, biežais paātrinājums un bremzēšana drīz iztukšo akumulatoru. Mēs zinām, ka motori noteiktos apstākļos var darboties kā ģenerators. Izmantojot šo funkciju, var novērst transportlīdzekļa kinētiskās enerģijas izšķērdēšanu. Kad mēs iedarbinām bremzi elektriskajos transportlīdzekļos, motora kontrolieris (pamatojoties uz bremžu pedāļa sensora izeju) samazina veiktspēju vai aptur motoru. Šīs darbības laikā motora kontrolieris ir paredzētsatgūt kinētisko enerģiju un uzglabāt to akumulatorā vai kondensatora bankās. Atjaunojošā bremzēšana palīdz paplašināt elektriskā transportlīdzekļa diapazonu par 8-25%. Papildus enerģijas taupīšanai un diapazona palielināšanai tas arī palīdz efektīvi kontrolēt bremzēšanas darbību.

Mehāniskajā bremžu sistēmā, nospiežot bremžu pedāli, uz riteni tiek izdarīts reversais griezes moments. Līdzīgi reģeneratīvās bremzēšanas režīmā tiek samazināts transportlīdzekļa ātrums, ar motora vadības ierīces palīdzību iedarbinot negatīvu griezes momentu (pretēji kustībai) motorā. Dažreiz cilvēki apjūk, kad viņi vizualizē koncepciju, ka motors darbojas kā ģenerators, kad tas reģeneratīvās bremzēšanas režīmā griežas pretējā virzienā. Šajā rakstā var saprast, kā atgūt kinētisko enerģiju ar reģeneratīvās bremzēšanas metodi elektriskajos transportlīdzekļos.

Kā motors darbojas kā ģenerators

Pirmkārt, mēs pievērsīsimies izpratnei par to, kā motors var darboties kā ģenerators. Mēs visi esam izmantojuši pastāvīgā magnēta līdzstrāvas motoru tādās robotikas lietojumprogrammās kā līnijas sekotājs. Kad ar motoru savienotā robota ritenis tiek brīvi pagriezts (ārēji ar roku), dažreiz motora vadītāja IC sabojājas. Tas notiek tāpēc, ka motors darbojas kā ģenerators, un ģenerētais aizmugurējais EMF (lielāka pretējā sprieguma) tiek piemērots vadītāja IC, kas to sabojā. Kad mēs pagriežam armatūru šajos motoros, tas nogriež pastāvīgo magnētu plūsmu. Tā rezultātā EML tiek ierosināts pretoties plūsmas izmaiņām. Tāpēc mēs varam izmērīt spriegumu motora spailēs. Tas ir tāpēc, ka aizmugurējā EMF ir rotora ātruma (apgr./min) funkcija. Kad apgriezieni ir lielāki un ja ģenerētais aizmugures emf ir lielāks par barošanas spriegumu, tad motors darbojas kā ģenerators. Ļaujiet mums tagad redzētkā šis princips darbojas elektriskajos transportlīdzekļos, lai izvairītos no enerģijas zudumiem bremzēšanas dēļ.

Kad motors paātrina transportlīdzekli, ar to saistītā kinētiskā enerģija palielinās kā ātruma kvadrāts. Peldēšanas laikā transportlīdzeklis atpūšas, kad kinētiskā enerģija kļūst nulle. Kad mēs iedarbinām bremzes elektriskajā transportlīdzeklī, motora kontrolieris darbojas tā, lai motoru nomierinātu vai samazinātu tā ātrumu. Tas ietver motora griezes momenta maiņu pret rotācijas virzienu. Šī procesa laikā motora, kas savienots ar piedziņas asi, rotors motorā ģenerē EMF (līdzīgi kā ģenerators / turbīna, kas vada ģeneratora rotoru). Kad radītais EML pārsniedz kondensatora bankas spriegumu, jauda no motora pāriet uz banku. Tādējādi atgūtā enerģija tiek uzglabāta akumulatorā vai kondensatora bankā.

Kā darbojas reģeneratīvā bremzēšana elektriskajos transportlīdzekļos

Pieņemsim, ka automašīnai ir trīsfāžu maiņstrāvas asinhronais motors kā dzinējs tā darbināšanai. Pēc motora īpašībām mēs zinām, ka tad, kad trīsfāzu asinhronais motors darbojas virs tā sinhronā ātruma, slīdēšana kļūst negatīva un motors darbojas kā ģenerators (ģenerators). Praktiskos apstākļos asinhronā motora ātrums vienmēr ir mazāks par sinhrono ātrumu. Sinhronā ātrumsir statora rotējošā magnētiskā lauka ātrums, ko rada trīsfāzu padeves mijiedarbība. Motora iedarbināšanas laikā rotorā ierosinātā EMF ir maksimālā. Kad motors sāk griezties, EML indukcija samazinās kā slīdēšanas funkcija. Kad rotora ātrums sasniedz sinhrono ātrumu, izraisītais EMF ir nulle. Šajā brīdī, ja mēs mēģināsim pagriezt rotoru virs šī ātruma, EML tiks inducēts. Šajā gadījumā motors atkal piegādā aktīvo enerģiju elektrotīklam vai padevei. Lai samazinātu transportlīdzekļa ātrumu, mēs iedarbinām bremzes. Šajā gadījumā mēs nevaram sagaidīt, ka rotora ātrums pārsniegs sinhrono ātrumu. Šeit attēlā parādās motora kontroliera loma. Izpratnes nolūkā mēs varam vizualizēt, piemēram, zemāk sniegto piemēru.

Pieņemsim, ka motors griežas pie 5900 apgriezieniem minūtē un barošanas frekvence ir 200 Hz, kad mēs iedarbinām bremzi, mums ir jāsamazina apgriezieni minūtē vai jānovirza līdz nullei. Regulators darbojas atbilstoši bremžu pedāļa sensora ieejai un veic šo darbību. Šī procesa laikā kontrolieris iestatīs barošanas frekvenci, kas mazāka par 200 Hz, piemēram, 80 Hz. Tāpēc motora sinhronais ātrums kļūst 2400 apgr./min. No motora kontroliera viedokļa motora ātrums ir vairāk nekā tā sinhronais ātrums. Samazinot ātrumu bremzēšanas laikā, motors tagad darbojas kā ģenerators, līdz apgriezieni samazinās līdz 2400. Šajā periodā mēs varam iegūt enerģiju no motora un uzglabāt to akumulatora vai kondensatora bankā.Jāatzīmē, ka akumulators atjaunojošās bremzēšanas procesā turpina piegādāt strāvu trīsfāzu asinhronajiem motoriem. Tas ir tāpēc, ka asinhronajiem motoriem nav magnētiskās plūsmas avota, kad barošana ir izslēgta. Tāpēc motors, darbojoties kā ģenerators, piesaista reaktīvo jaudu no barošanas avota, lai izveidotu plūsmas saiti un piegādā tai aktīvo enerģiju. Dažādiem motoriem kinētiskās enerģijas atgūšanas princips reģeneratīvās bremzēšanas laikā ir atšķirīgs. Pastāvīgā magnēta motori var darboties kā ģenerators bez strāvas padeves, jo tam rotorā ir magnēti, kas rada magnētisko plūsmu. Tikpat maz motoros ir atlikušais magnētisms, kas novērš magnētiskās plūsmas radīšanai nepieciešamo ārējo ierosmi.Tas ir tāpēc, ka asinhronajiem motoriem nav magnētiskās plūsmas avota, kad barošana ir izslēgta. Tāpēc motors, darbojoties kā ģenerators, piesaista reaktīvo jaudu no barošanas avota, lai izveidotu plūsmas saiti un piegādā tai aktīvo enerģiju. Dažādiem motoriem kinētiskās enerģijas atgūšanas princips reģeneratīvās bremzēšanas laikā ir atšķirīgs. Pastāvīgā magnēta motori var darboties kā ģenerators bez strāvas padeves, jo tam rotorā ir magnēti, kas rada magnētisko plūsmu. Tikpat maz motoros ir atlikušais magnētisms, kas novērš magnētiskās plūsmas radīšanai nepieciešamo ārējo ierosmi.Tas ir tāpēc, ka asinhronajiem motoriem nav magnētiskās plūsmas avota, kad barošana ir izslēgta. Tāpēc motors, darbojoties kā ģenerators, piesaista reaktīvo jaudu no barošanas avota, lai izveidotu plūsmas saiti un piegādā tai aktīvo enerģiju. Dažādiem motoriem kinētiskās enerģijas atgūšanas princips reģeneratīvās bremzēšanas laikā ir atšķirīgs. Pastāvīgā magnēta motori var darboties kā ģenerators bez strāvas padeves, jo tam rotorā ir magnēti, kas rada magnētisko plūsmu. Tikpat maz motoros ir atlikušais magnētisms, kas novērš magnētiskās plūsmas radīšanai nepieciešamo ārējo ierosmi.kinētiskās enerģijas atgūšanas princips reģeneratīvās bremzēšanas laikā ir atšķirīgs. Pastāvīgā magnēta motori var darboties kā ģenerators bez strāvas padeves, jo tam rotorā ir magnēti, kas rada magnētisko plūsmu. Tikpat maz motoros ir atlikušais magnētisms, kas novērš magnētiskās plūsmas radīšanai nepieciešamo ārējo ierosmi.kinētiskās enerģijas atgūšanas princips reģeneratīvās bremzēšanas laikā ir atšķirīgs. Pastāvīgā magnēta motori var darboties kā ģenerators bez strāvas padeves, jo tam rotorā ir magnēti, kas rada magnētisko plūsmu. Tikpat maz motoros ir atlikušais magnētisms, kas novērš magnētiskās plūsmas radīšanai nepieciešamo ārējo ierosmi.

Lielākajā daļā elektrisko transportlīdzekļu elektromotors ir savienots tikai ar vienu piedziņas asi (galvenokārt pie aizmugures piedziņas ass). Šajā gadījumā priekšējiem riteņiem mums jāizmanto mehāniskā bremžu sistēma (hidrauliskā bremzēšana). Tas nozīmē, ka regulatoram ir jāuztur koordinācija starp mehānisko un elektronisko bremžu sistēmu, vienlaikus iedarbinot bremzes.

Vai reģeneratīvo bremzēšanu ir vērts ieviest visos elektriskajos transportlīdzekļos?

Reģeneratīvās bremzēšanas metodes koncepcijā nav šaubu par enerģijas atgūšanas potenciālu, taču arī tam ir daži ierobežojumi. Kā norādīts iepriekš, akumulatoru uzlādes ātrums ir lēns, salīdzinot ar ātrumu, kādā tie var izlādēties. Tas ierobežo atgūtās enerģijas daudzumu, ko baterijas var uzkrāt pēkšņas bremzēšanas laikā (ātrs palēninājums). Nav ieteicams izmantot reģeneratīvo bremzēšanu pilnībā uzlādētos apstākļos. Tas ir tāpēc, ka pārmērīga uzlāde var sabojāt akumulatorus, bet elektroniskā shēma novērš to pārmērīgu uzlādi. Šajā gadījumā kondensatora banka var uzkrāt enerģiju un palīdzēt paplašināt diapazonu. Ja tā nav, tad, lai apturētu transportlīdzekli, tiek iedarbinātas mehāniskās bremzes.

Mēs zinām, ka kinētisko enerģiju dod 0,5 * m * v ². Enerģijas daudzums, ko mēs varam iegūt, ir atkarīgs no transportlīdzekļa masas un arī ātruma, ar kādu tas brauc. Kopējā masa ir vairāk smagos transportlīdzekļos, piemēram, elektriskajās automašīnās, elektriskajos autobusos un kravas automašīnās. Pilsētas braukšanas ciklā šie smagie transportlīdzekļi pēc paātrinājuma iegūtu lielu impulsu, neskatoties uz kreisēšanu ar mazu ātrumu. Tātad bremzēšanas laikā pieejamā kinētiskā enerģija ir lielāka, salīdzinot ar elektrisko motorolleru, kas pārvietojas ar tādu pašu ātrumu. Tāpēc reģeneratīvās bremzēšanas efektivitāte ir lielāka elektriskajos automobiļos, autobusos un citos smagos transportlīdzekļos. Lai arī dažiem elektriskajiem motorolleriem piemīt reģeneratīvās bremzēšanas iezīme, tās ietekme uz sistēmu (iegūtās enerģijas daudzums vai paplašinātais diapazons) nav tik efektīva kā elektriskajās automašīnās.

Nepieciešamība pēc kondensatoru bankām vai ultra kondensatoriem

Bremzēšanas laikā mums nekavējoties jāpārtrauc vai jāsamazina transportlīdzekļa ātrums. Tāpēc bremzēšanas darbība tajā brīdī notiek uz īsu brīdi. Baterijām ir ierobežots uzlādes laiks, un mēs nevaram vienlaikus izmest vairāk enerģijas, jo tas pasliktinās baterijas. Bez tam, bieži uzlādējot un izlādējot akumulatoru, tiek saīsināts akumulatora darbības laiks. Lai no tiem izvairītos, sistēmai pievienojam kondensatoru banku vai ultrakondensatorus. Ultra kondensatori vai super kondensatori var izlādēties un uzlādēt daudzus ciklus, nemazinot veiktspēju, kas palīdz palielināt akumulatora darbības laiku. Ultra kondensatoram ir ātra reakcija, kas palīdz efektīvi uztvert enerģijas maksimumu / pārspriegumu reģeneratīvās bremzēšanas laikā.Ultra kondensatora izvēles iemesls ir tas, ka tas var uzkrāt 20 reizes vairāk enerģijas nekā elektrolītiskie kondensatori. Šajā sistēmā atrodas līdzstrāvas pārveidotājs. Paātrinājuma laikā palielināšanas darbība ļauj kondensatoram izlādēties līdz sliekšņa vērtībai. Palēnināšanās (ti, bremzēšanas) laikā buck darbība ļauj kondensatoram uzlādēt. Ultra kondensatoriem ir laba pārejoša reakcija, kas ir noderīga transportlīdzekļa iedarbināšanas laikā. Uzglabājot atgūto enerģiju neatkarīgi no akumulatora, tas var palīdzēt paplašināt transportlīdzekļa darbības rādiusu un var arī atbalstīt pēkšņu paātrinājumu ar pastiprināšanas ķēdes palīdzību.bremzēšana) buck darbība ļauj kondensatoram uzlādēt. Ultra kondensatoriem ir laba pārejoša reakcija, kas ir noderīga transportlīdzekļa iedarbināšanas laikā. Uzglabājot atgūto enerģiju neatkarīgi no akumulatora, tas var palīdzēt paplašināt transportlīdzekļa darbības rādiusu un var arī atbalstīt pēkšņu paātrinājumu ar pastiprināšanas ķēdes palīdzību.bremzēšana) buck darbība ļauj kondensatoram uzlādēt. Ultra kondensatoriem ir laba pārejoša reakcija, kas ir noderīga transportlīdzekļa iedarbināšanas laikā. Uzglabājot atgūto enerģiju neatkarīgi no akumulatora, tas var palīdzēt paplašināt transportlīdzekļa darbības rādiusu un var arī atbalstīt pēkšņu paātrinājumu ar pastiprināšanas ķēdes palīdzību.