Kuinka regeneratiivinen jarrutus toimii sähköajoneuvoissa

Jarrutus on yksi ajoneuvon tärkeistä näkökohdista. Ajoneuvoissamme käytetyllä mekaanisella jarrujärjestelmällä on suuri haittapuoli kuluttaa ajoneuvon liike-energia lämpönä. Tämä vähentää ajoneuvon kokonaistehokkuutta vaikuttamalla polttoainetalouteen. Kaupunkiajo-syklissä meillä on taipumus käynnistää ja pysäyttää ajoneuvo useammin kuin moottoriteillä. Kun jarrua käytetään usein kaupunkiajossa, energiahäviö on enemmän. Insinöörit keksivät regeneratiivisen jarrujärjestelmänpalauttaa kineettinen energia, joka hajautuu lämpönä jarrutuksen aikana perinteisessä jarrutusmenetelmässä. Fysiikan lakien mukaan emme voi palauttaa koko menetettyä kineettistä energiaa, mutta silti huomattava määrä kineettistä energiaa voidaan muuntaa ja tallentaa akkuun tai superkondensaattoriin. Talteenotettu energia auttaa parantamaan perinteisten ajoneuvojen polttoainetaloutta ja laajentamaan sähköajoneuvojen valikoimaa. On huomattava, että regeneratiivisella jarrutusprosessilla on häviöitä samalla kun palautetaan kineettinen energia. Ennen kuin jatkat, voit myös tarkistaa muun mielenkiintoisen artikkelin sähköautoista:

• Insinöörin johdanto sähköajoneuvoihin (EV)
• Sähköajoneuvoissa käytettävät moottorityypit

Käsite hyötyjarrutusta voidaan toteuttaa tavanomaisten ajoneuvojen avulla Fly pyörät. Vauhtipyörät ovat levyjä, joilla on suuri inertia ja jotka pyörivät erittäin suurella nopeudella. Ne toimivat mekaanisena energian varastointilaitteena ottamalla (varastoimalla) ajoneuvon kineettinen energia jarrutuksen aikana. Jarrutusprosessin aikana talteenotettua energiaa voidaan käyttää ajoneuvon auttamiseen käynnistyksen tai ylämäkeen nousun aikana.

Sähköajoneuvoissa voimme sisällyttää regeneratiivisen jarrutuksen paljon tehokkaammin sähköisesti. Tämä vähentää raskaiden vauhtipyörien tarvetta, mikä lisää ylimääräistä painoa ajoneuvon kokonaispainoon. Sähköajoneuvoilla on luontainen ongelma käyttäjien välisessä etäisyyshäiriössä. Vaikka ajoneuvon keskinopeus kaupunkiajossa on noin 25-40 km / h, usein toistuva kiihdytys ja jarrutus tyhjentävät akun pian. Tiedämme, että moottorit voivat toimia generaattorina tietyissä olosuhteissa. Käyttämällä tätä ominaisuutta voidaan estää ajoneuvon liike-energia tuhoutumasta. Kun jarrua käytetään sähköajoneuvoissa, moottorin ohjain (perustuu jarrupoljimen anturin lähtöön) heikentää suorituskykyä tai pysäyttää moottorin. Tämän toiminnan aikana moottorin ohjain on suunniteltupalauttaa kineettinen energia ja varastoi se akkuun tai kondensaattoripankkeihin. Regeneratiivinen jarrutus auttaa laajentamaan sähköajoneuvon kantamaa 8-25%. Energiansäästön ja kantaman parantamisen lisäksi se auttaa myös tehokkaasti hallitsemaan jarrutusta.

Mekaanisessa jarrujärjestelmässä pyörään kohdistetaan käänteinen vääntömomentti, kun painamme jarrupoljinta. Vastaavasti regeneratiivisessa jarrutustilassa ajoneuvon nopeutta pienennetään käynnistämällä negatiivinen vääntömomentti (liikettä vastapäätä) moottorissa moottorin ohjaimen avulla. Joskus ihmiset hämmentyvät, kun he visualisoivat ajatuksen siitä, että moottori toimii generaattorina, kun se pyörii vastakkaiseen suuntaan regeneratiivisessa jarrutustilassa. Tässä artikkelissa voidaan ymmärtää, miten kineettinen energia saadaan talteen regeneratiivisella jarrutusmenetelmällä sähköajoneuvoissa.

Kuinka moottori toimii generaattorina

Ensinnäkin keskitymme ymmärtämään, kuinka moottori voi toimia generaattorina. Olemme kaikki käyttäneet pysyvän magneetin DC-moottoria robotiikkasovelluksissa, kuten linjaseuraaja. Kun moottoriin liitetyn robotin pyörää pyöritetään vapaasti (ulkoisesti käsin), joskus moottorin ohjaimen IC vahingoittuu. Tämä johtuu siitä, että moottori toimii generaattorina, ja takana syntyvä EMF (suuremman käänteisen jännitteen) kohdistetaan ohjaimen IC: n yli, mikä vahingoittaa sitä. Kun pyöritämme ankkuria näissä moottoreissa, se katkaisee virtauksen kestomagneeteista. Tämän seurauksena EMF saa aikaan vastustamaan muutosta vuossa. Siksi voimme mitata jännitteen moottorin liittimissä. Se johtuu siitä, että taka-EMF on roottorin nopeuden (rpm) funktio. Kun kierrosluku on suurempi ja jos syntyvä taka-emf on suurempi kuin syöttöjännite, moottori toimii generaattorina. Katsotaanpa nytmiten tämä periaate toimii sähköajoneuvoissa jarrutuksesta johtuvien energiahäviöiden välttämiseksi.

Kun moottori kiihdyttää ajoneuvoa, siihen liittyvä kineettinen energia kasvaa nopeuden neliönä. Ratsastuksen aikana ajoneuvo lepää, kun liike-energia muuttuu nollaksi. Kun jarrutetaan sähköajoneuvossa, moottorin ohjain toimii siten, että moottori saadaan lepotilaan tai pienennetään sen nopeutta. Tämä tarkoittaa moottorin vääntömomentin suunnan kääntämistä pyörimissuunnan suuntaan. Tämän prosessin aikana vetävään akseliin kytketyn moottorin roottori muodostaa moottorissa EMF: n (analoginen generaattorin roottoria käyttävän moottorin / turbiinin kanssa). Kun syntyvä EMF on suurempi kuin kondensaattoripankin jännite, teho virtaa moottorista pankkiin. Täten talteenotettu energia varastoidaan akkuun tai kondensaattoripankkiin.

Kuinka regeneratiivinen jarrutus toimii sähköajoneuvossa

Katsotaanpa, että autossa on kolmivaiheinen vaihtovirta-induktiomoottori työntömoottorina. Moottorin ominaisuuksista tiedämme, että kun kolmivaiheinen induktiomoottori käy synkronisen nopeutensa yläpuolella, luisto muuttuu negatiiviseksi ja moottori toimii generaattorina (generaattorina). Käytännössä induktiomoottorin nopeus on aina pienempi kuin synkroninen nopeus. Tahtinopeuson staattorin pyörivän magneettikentän nopeus, joka syntyy kolmivaiheisen syötteen vuorovaikutuksesta. Moottorin käynnistyshetkellä roottorissa indusoitu EMF on suurin. Kun moottori alkaa pyöriä, indusoitu EMF vähenee luiston funktiona. Kun roottorin nopeus saavuttaa synkronisen nopeuden, indusoitu EMF on nolla. Tässä vaiheessa, jos yritämme kiertää roottoria tämän nopeuden yläpuolella, EMF indusoituu. Tässä tapauksessa moottori syöttää aktiivista virtaa takaisin verkkovirtaan tai virtalähteeseen. Vähennämme ajoneuvon nopeutta käyttämällä jarruja. Tässä tapauksessa emme voi odottaa roottorin nopeuden ylittävän synkroninopeutta. Tässä tulee moottorin ohjaimen rooli kuvaan. Ymmärtämistä varten voimme visualisoida kuten alla annettu esimerkki.

Oletetaan, että moottori pyörii 5900 kierrosta minuutissa ja syöttötaajuus on 200 Hz, kun jarrutetaan, meidän on vähennettävä kierrosta / minuutti. Ohjain toimii jarrupoljinanturin tulon mukaan ja suorittaa kyseisen toiminnan. Tämän prosessin aikana ohjain asettaa syöttötaajuuden alle 200 Hz: n, kuten 80 Hz. Siksi moottorin synkronisesta nopeudesta tulee 2400 rpm. Moottorin ohjaimen näkökulmasta moottorin nopeus on enemmän kuin sen synkroninen nopeus. Kun pienennämme nopeutta jarrutuksen aikana, moottori toimii nyt generaattorina, kunnes kierrosluku laskee 2400: een. Tänä aikana voimme saada virtaa moottorista ja tallentaa sen akkuun tai kondensaattoripankkiin.On huomattava, että akku jatkaa virran toimittamista kolmivaiheisille induktiomoottoreille regeneratiivisen jarrutuksen aikana. Syynä on se, että induktiomoottoreilla ei ole magneettivuon lähdettä, kun syöttö on pois päältä. Siksi moottori, kun se toimii generaattorina, vetää loistehoa virtalähteestä vuosidoksen muodostamiseksi ja syöttää aktiivista tehoa siihen. Eri moottoreiden kineettisen energian palauttamisen periaate regeneratiivisen jarrutuksen aikana on erilainen. Kestomagneettimoottorit voivat toimia generaattorina ilman virtalähdettä, koska roottorissa on magneetteja magneettivuon tuottamiseksi. Samoin harvoissa moottoreissa on jäännösmagneettisuutta, mikä eliminoi magneettivuon luomiseksi tarvittavan ulkoisen herätteen.Syynä on se, että induktiomoottoreilla ei ole magneettivuon lähdettä, kun syöttö on pois päältä. Siksi moottori, kun se toimii generaattorina, vetää loistehoa virtalähteestä vuosidoksen muodostamiseksi ja syöttää aktiivista tehoa siihen. Eri moottoreiden kineettisen energian palauttamisen periaate regeneratiivisen jarrutuksen aikana on erilainen. Kestomagneettimoottorit voivat toimia generaattorina ilman virtalähdettä, koska roottorissa on magneetteja magneettivuon tuottamiseksi. Samoin harvoissa moottoreissa on jäännösmagneettisuutta, mikä eliminoi magneettivuon luomiseksi tarvittavan ulkoisen herätteen.Syynä on se, että induktiomoottoreilla ei ole magneettivuon lähdettä, kun syöttö on pois päältä. Siksi moottori, kun se toimii generaattorina, vetää loistehoa virtalähteestä vuosidoksen muodostamiseksi ja syöttää aktiivista tehoa siihen. Eri moottoreiden kineettisen energian palauttamisen periaate regeneratiivisen jarrutuksen aikana on erilainen. Kestomagneettimoottorit voivat toimia generaattorina ilman virtalähdettä, koska roottorissa on magneetteja magneettivuon tuottamiseksi. Samoin harvoissa moottoreissa on jäännösmagneettisuutta, mikä eliminoi magneettivuon luomiseksi tarvittavan ulkoisen herätteen.kineettisen energian talteenoton periaate regeneratiivisen jarrutuksen aikana on erilainen. Kestomagneettimoottorit voivat toimia generaattorina ilman virtalähdettä, koska roottorissa on magneetteja magneettivuon tuottamiseksi. Samoin harvoissa moottoreissa on jäännösmagneettisuutta, mikä eliminoi magneettivuon luomiseksi tarvittavan ulkoisen herätteen.kineettisen energian talteenoton periaate regeneratiivisen jarrutuksen aikana on erilainen. Kestomagneettimoottorit voivat toimia generaattorina ilman virtalähdettä, koska roottorissa on magneetteja magneettivuon tuottamiseksi. Samoin harvoissa moottoreissa on jäännösmagneettisuutta, mikä eliminoi magneettivuon luomiseksi tarvittavan ulkoisen herätteen.

Useimmissa sähköajoneuvoissa sähkömoottori on kytketty vain yhteen vetävään akseliin (enimmäkseen takavetoiseen akseliin). Tässä tapauksessa meidän on käytettävä mekaanista jarrujärjestelmää (hydraulinen jarru) etupyörille. Tämä tarkoittaa, että säätimen on ylläpidettävä sekä mekaanisen että elektronisen jarrujärjestelmän välistä koordinointia jarrutuksen aikana.

Onko regeneratiivisen jarrutuksen arvoinen kaikissa sähköajoneuvoissa?

Regeneratiivisen jarrutusmenetelmän käsitteessä ei ole epäilystäkään energian takaisinottopotentiaalista, mutta sillä on myös joitain rajoituksia. Kuten aiemmin todettiin, akkujen latautumisnopeus on hidas verrattuna nopeuteen, jolla akut voivat purkautua. Tämä rajoittaa talteen otetun energian määrää, jonka akut voivat varastoida äkillisen jarrutuksen aikana (nopea hidastus). Ei ole suositeltavaa käyttää regeneratiivista jarrutusta täysin ladatuissa olosuhteissa. Se johtuu siitä, että ylikuormitus voi vahingoittaa paristoja, mutta elektroninen piiri estää niitä ylilataamasta. Tässä tapauksessa kondensaattoripankki voi varastoida energiaa ja auttaa alueen laajentamisessa. Jos sitä ei ole, mekaanisia jarruja käytetään ajoneuvon pysäyttämiseksi.

Tiedämme, että kineettisen energian antaa 0,5 * m * v ². Energian määrä, jonka voimme saada, riippuu ajoneuvon massasta ja myös nopeudesta, jolla ajoneuvo kulkee. Kokonaismassa on enemmän raskaissa ajoneuvoissa, kuten sähköautoissa, sähköbusseissa ja kuorma-autoissa. Kaupunkiajo-syklissä nämä raskaat ajoneuvot saisivat suuren vauhdin kiihdytyksen jälkeen huolimatta matalalla risteilystä. Joten jarrutuksen aikana käytettävissä oleva kineettinen energia on enemmän verrattuna samalla nopeudella liikkuvaan sähköpotkulautaan. Siksi regeneratiivisen jarrutuksen tehokkuus on enemmän sähköautoissa, linja-autoissa ja muissa raskaissa ajoneuvoissa. Vaikka harvoilla sähkömoottoreilla on ominaisuus regeneratiivisella jarrutuksella, sen vaikutus järjestelmään (haettu energiamäärä tai laajennettu alue) ei ole yhtä tehokas kuin sähköautoissa.

Kondensaattoripankkien tai ultrakondensaattoreiden tarve

Jarrutuksen aikana meidän on pysäytettävä tai vähennettävä ajoneuvon nopeutta välittömästi. Siksi jarrutustoiminta on siinä hetkessä lyhyt. Akkuilla on rajoitettu latausaika, emme voi tyhjentää enemmän energiaa kerrallaan, koska se heikentää paristoja. Tämän lisäksi akun usein lataaminen ja purkaminen lyhentää akun käyttöikää. Näiden välttämiseksi lisätään järjestelmään kondensaattoripankki tai ultrakondensaattorit. Ultra-kondensaattorit tai superkondensaattorit voivat purkaa ja ladata useita jaksoja ilman suorituskyvyn heikkenemistä, mikä auttaa pidentämään akun käyttöikää. Ultra-kondensaattorilla on nopea vaste, mikä auttaa ottamaan energian huiput / ylijännitteen tehokkaasti talteen regeneratiivisen jarrutuksen aikana.Syy ultrakondensaattorin valitsemiseen on, että se voi varastoida 20 kertaa enemmän energiaa kuin elektrolyyttikondensaattorit. Tässä järjestelmässä on DC-DC-muunnin. Kiihdytyksen aikana tehostustoiminto sallii kondensaattorin purkautumisen kynnysarvoon saakka. Hidastuksen (ts. Jarrutuksen) aikana buck-toiminta antaa kondensaattorin ladata. Ultrakondensaattoreilla on hyvä ohimenevä vaste, joka on hyödyllinen ajoneuvon käynnistyksen aikana. Varastoimalla talteenotettu energia akun ulkopuolelle se voi auttaa laajentamaan ajoneuvon kantamaa ja voi myös tukea äkillistä kiihdytystä tehostuspiirin avulla.jarrutus) buck-toiminto antaa kondensaattorin ladata. Ultrakondensaattoreilla on hyvä ohimenevä vaste, joka on hyödyllinen ajoneuvon käynnistyksen aikana. Varastoimalla talteenotettu energia akun ulkopuolelle se voi auttaa laajentamaan ajoneuvon kantamaa ja voi myös tukea äkillistä kiihdytystä tehostuspiirin avulla.jarrutus) buck-toiminto antaa kondensaattorin ladata. Ultrakondensaattoreilla on hyvä ohimenevä vaste, joka on hyödyllinen ajoneuvon käynnistyksen aikana. Varastoimalla talteenotettu energia akun ulkopuolelle se voi auttaa laajentamaan ajoneuvon kantamaa ja voi myös tukea äkillistä kiihdytystä tehostuspiirin avulla.