Kaip veikia regeneracinis stabdymas elektrinėse transporto priemonėse

Stabdymas yra vienas iš svarbių transporto priemonės aspektų. Mechaninė stabdžių sistema, kurią naudojame savo transporto priemonėse, turi didžiulį trūkumą - švaistyti transporto priemonės kinetinę energiją kaip šilumą. Tai sumažina bendrą transporto priemonės efektyvumą, paveikdamas degalų ekonomiją. Važiuojant mieste, mes linkę dažniau užvesti ir sustabdyti transporto priemonę, palyginti su važiavimo keliu ciklu. Kadangi mieste dažnai važiuojame stabdžiu, energijos nuostoliai yra didesni. Inžinieriai sugalvojo regeneracinę stabdžių sistemąkad būtų atgauta kinetinė energija, išsiskirianti kaip šiluma stabdant taikant tradicinį stabdymo metodą. Laikydamiesi fizikos dėsnių, negalime susigrąžinti visos prarastos kinetinės energijos, tačiau vis tiek nemažą dalį kinetinės energijos galima paversti ir išsaugoti akumuliatoriuje arba superkondensatoriuje. Susigrąžinta energija padeda pagerinti įprastų transporto priemonių degalų ekonomiją ir išplėsti elektrinių transporto priemonių asortimentą. Pažymėtina, kad regeneracinio stabdymo procesas atgauna kinetinę energiją. Prieš eidami toliau, taip pat galite patikrinti kitą įdomų straipsnį apie EV:

• Inžinieriaus įvadas į elektrines transporto priemones
• Elektrinių transporto priemonių variklių tipai

Ir regeneracinių stabdžių koncepcija gali būti įgyvendinta įprastų transporto priemonių, naudojančių Fly ratus. Smagračiai yra didelės inercijos diskai, kurie sukasi labai dideliu greičiu. Jie veikia kaip mechaninis energijos kaupimo įtaisas, stabdant ima (kaupia) transporto priemonės kinetinę energiją. Stabdymo metu atgautą energiją galima panaudoti transporto priemonei paleidžiant arba važiuojant nuo kalno.

Elektrinėse transporto priemonėse regeneracinį stabdymą galime įdiegti daug efektyviau elektroniniu būdu. Tai sumažins sunkiųjų smagračių poreikį, o tai padidins bendrą transporto priemonės svorį. Elektrinėms transporto priemonėms būdinga vartotojų nerimo nuotolio problema. Nors vidutinis transporto priemonės greitis važiuojant mieste yra apie 25–40 km / h, dažnas greitėjimas ir stabdymas greitai išeikvoja akumuliatorių. Mes žinome, kad varikliai tam tikromis sąlygomis gali veikti kaip generatorius. Naudojant šią funkciją galima išvengti transporto priemonės kinetinės energijos švaistymo. Kai stabdį įjungiame elektrinėse transporto priemonėse, variklio valdiklis (pagal stabdžių pedalo jutiklio išėjimą) sumažina variklio veikimą arba sustabdo variklį. Šios operacijos metu variklio valdiklis yra suprojektuotas taipsusigrąžinti kinetinę energiją ir laikyti ją akumuliatoriuje arba kondensatorių bankuose. Regeneracinis stabdymas padeda išplėsti elektrinės transporto priemonės diapazoną 8–25%. Be energijos taupymo ir diapazono padidinimo, jis taip pat padeda efektyviai valdyti stabdymo operaciją.

Mechaninėje stabdžių sistemoje, paspaudus stabdžio pedalą, ratas veikia atvirkštinį sukimo momentą. Panašiai ir regeneracinio stabdymo režimu, transporto priemonės greitis sumažinamas, variklio valdiklio pagalba variklyje pradedant neigiamą sukimo momentą (priešingą judesiui). Kartais žmonės susipainioja, kai vizualizuoja koncepciją, kad variklis veikia kaip generatorius, kai jis veikia atbuline kryptimi, kai veikia regeneracinis stabdymas. Šiame straipsnyje galima suprasti, kaip atkurti kinetinę energiją naudojant regeneracinio stabdymo metodą elektrinėse transporto priemonėse.

Kaip variklis veikia kaip generatorius

Pirmiausia sutelksime dėmesį į tai, kaip variklis gali veikti kaip generatorius. Mes visi naudojome nuolatinio magneto nuolatinės srovės variklį tokiose robotikos srityse kaip linijos sekėjas. Kai roboto ratas, prijungtas prie variklio, laisvai sukamas (išoriškai rankomis), kartais sugadinamas variklio vairuotojo IC. Taip atsitinka todėl, kad variklis veikia kaip generatorius, o generuojamas galinis EMF (didesnio dydžio atvirkštinė įtampa) yra pritaikytas visam vairuotojo IC, kuris jį sugadina. Kai pasukame armatūrą šiuose varikliuose, ji nutraukia nuolatinių magnetų srautą. Dėl to EMF skatinamas priešintis srauto pokyčiams. Todėl galime išmatuoti įtampą variklio gnybtuose. Taip yra todėl, kad galinis EMF yra rotoriaus greičio (aps / min) funkcija. Kai apsisukimų dažnis yra didesnis ir jei generuojamas galinis emf yra didesnis nei maitinimo įtampa, variklis veikia kaip generatorius. Leiskite mums dabar pamatytikaip šis principas veikia elektrinėse transporto priemonėse, kad būtų išvengta energijos nuostolių dėl stabdymo.

Kai variklis pagreitina transporto priemonę, su ja susijusi kinetinė energija padidėja kaip greičio kvadratas. Važiuojant transporto priemonei pailsėti, kai kinetinė energija tampa lygi nuliui. Kai stabdžiame elektrinėje transporto priemonėje, variklio valdiklis veikia taip, kad variklis pailsėtų arba sumažėtų jo greitis. Tai reiškia variklio sukimo momento krypties pakeitimą į sukimosi kryptį. Šio proceso metu prie varančiosios ašies sujungto variklio rotorius sukuria EMF variklyje (analogiškas pirminiam judesiui / turbinai, varančiai generatoriaus rotorių). Kai sukuriama EMF yra didesnė už kondensatoriaus banko įtampą, galia iš variklio patenka į banką. Taigi atgauta energija kaupiama akumuliatoriuje arba kondensatoriaus banke.

Kaip veikia regeneracinis stabdymas elektrinėse transporto priemonėse

Pasvarstykime, kad automobilyje yra trifazis kintamosios srovės asinchroninis variklis kaip variklis. Iš variklio charakteristikų mes žinome, kad kai trifazis asinchroninis variklis veikia virš jo sinchroninio greičio, slydimas tampa neigiamas, o variklis veikia kaip generatorius (kintamosios srovės generatorius). Praktinėmis aplinkybėmis asinchroninio variklio greitis visada yra mažesnis už sinchroninį greitį. Sinchroninis greitisyra statoriaus besisukančio magnetinio lauko greitis, susidaręs dėl trijų fazių tiekimo sąveikos. Variklio paleidimo metu rotoriaus sukeltas EMF yra didžiausias. Kai variklis pradeda suktis, EML sumažėja kaip slydimo funkcija. Kai rotoriaus greitis pasiekia sinchroninį greitį, sukeltas EMF yra lygus nuliui. Šiuo metu, jei bandysime pasukti rotorių virš šio greičio, EMF bus sukeltas. Tokiu atveju variklis aktyvią energiją tiekia atgal į maitinimo tinklą ar maitinimo šaltinį. Norėdami sumažinti transporto priemonės greitį, įjungiame stabdžius. Šiuo atveju negalime tikėtis, kad rotoriaus greitis viršys sinchroninį greitį. Čia atsiranda variklio valdiklio vaidmuo. Supratimo tikslu galime vizualizuoti kaip žemiau pateiktą pavyzdį.

Tarkime, kad variklis sukasi 5900 aps./min., O maitinimo dažnis yra 200 Hz, kai įjungiame stabdį, turime sumažinti apsukas arba sumažinti ją iki nulio. Valdiklis veikia pagal stabdžių pedalo jutiklio įvestį ir atlieka tą operaciją. Šio proceso metu valdiklis nustatys maitinimo dažnį, mažesnį nei 200 Hz, pvz., 80 Hz. Todėl sinchroninis variklio greitis tampa 2400 aps./min. Žiūrint iš variklio valdiklio perspektyvos, variklio greitis yra didesnis už jo sinchroninį greitį. Kai stabdydami mažiname greitį, variklis dabar veikia kaip generatorius, kol apsisukimų dažnis sumažėja iki 2400. Per šį laikotarpį mes galime iš variklio paimti energiją ir ją laikyti akumuliatoriaus ar kondensatoriaus banke.Pažymėtina, kad regeneracinio stabdymo metu akumuliatorius ir toliau tiekia trifazius asinchroninius variklius. Taip yra todėl, kad asinchroniniai varikliai neturi magnetinio srauto šaltinio, kai maitinimas išjungtas. Todėl variklis, veikdamas kaip generatorius, iš maitinimo šaltinio ima reaktyviąją galią, kad nustatytų srauto jungtį ir vėl į ją tiekia aktyvią galią. Skirtingiems varikliams kinetinės energijos atkūrimo principas regeneracinio stabdymo metu yra skirtingas. Nuolatinių magnetų varikliai gali veikti kaip generatorius be jokio maitinimo šaltinio, nes jis turi magnetus rotoriuje, kad sukurtų magnetinį srautą. Panašiai nedaug variklių turi liekamąjį magnetizmą, kuris pašalina išorinį sužadinimą, reikalingą magnetiniam srautui sukurti.Taip yra todėl, kad asinchroniniai varikliai neturi magnetinio srauto šaltinio, kai maitinimas išjungtas. Todėl variklis, veikdamas kaip generatorius, iš maitinimo šaltinio ima reaktyviąją galią, kad nustatytų srauto jungtį ir vėl į ją tiekia aktyvią galią. Skirtingiems varikliams kinetinės energijos atkūrimo principas regeneracinio stabdymo metu yra skirtingas. Nuolatinių magnetų varikliai gali veikti kaip generatorius be jokio maitinimo šaltinio, nes jis turi magnetus rotoriuje, kad sukurtų magnetinį srautą. Panašiai nedaug variklių turi liekamąjį magnetizmą, kuris pašalina išorinį sužadinimą, reikalingą magnetiniam srautui sukurti.Taip yra todėl, kad asinchroniniai varikliai neturi magnetinio srauto šaltinio, kai maitinimas išjungtas. Todėl variklis, veikdamas kaip generatorius, iš maitinimo šaltinio ima reaktyviąją galią, kad nustatytų srauto jungtį ir vėl į ją tiekia aktyvią galią. Skirtingiems varikliams kinetinės energijos atkūrimo principas regeneracinio stabdymo metu yra skirtingas. Nuolatinių magnetų varikliai gali veikti kaip generatorius be jokio maitinimo šaltinio, nes jis turi magnetus rotoriuje, kad sukurtų magnetinį srautą. Panašiai nedaug variklių turi liekamąjį magnetizmą, kuris pašalina išorinį sužadinimą, reikalingą magnetiniam srautui sukurti.kinetinės energijos atkūrimo regeneracinio stabdymo metu principas yra kitoks. Nuolatinių magnetų varikliai gali veikti kaip generatorius be jokio maitinimo šaltinio, nes jis turi magnetus rotoriuje, kad sukurtų magnetinį srautą. Panašiai nedaug variklių turi liekamąjį magnetizmą, kuris pašalina išorinį sužadinimą, reikalingą magnetiniam srautui sukurti.kinetinės energijos atkūrimo regeneracinio stabdymo metu principas yra kitoks. Nuolatinių magnetų varikliai gali veikti kaip generatorius be jokio maitinimo šaltinio, nes jis turi magnetus rotoriuje, kad sukurtų magnetinį srautą. Panašiai nedaug variklių turi liekamąjį magnetizmą, kuris pašalina išorinį sužadinimą, reikalingą magnetiniam srautui sukurti.

Daugumoje elektrinių transporto priemonių elektrinis variklis yra prijungtas tik prie vienos varančiosios ašies (daugiausia prie galinės ašies). Tokiu atveju priekiniams ratams turime naudoti mechaninę stabdžių sistemą (hidraulinį stabdymą). Tai reiškia, kad valdiklis, palaikydamas stabdžius, turi palaikyti mechaninės ir elektroninės stabdžių sistemos koordinavimą.

Ar verta regeneracinį stabdymą įdiegti visose elektrinėse transporto priemonėse?

Neabejotina, kad regeneracinio stabdymo metodo koncepcijoje yra energijos susigrąžinimo galimybės, tačiau ji taip pat turi tam tikrų apribojimų. Kaip pažymėta anksčiau, baterijų įkrovimo greitis yra lėtas, palyginti su tuo, kokiu greičiu jie gali išsikrauti. Tai riboja susigrąžintos energijos kiekį, kurį baterijos gali sukaupti staigaus stabdymo metu (greitas lėtėjimas). Nerekomenduojama naudoti regeneracinio stabdymo visiškai įkrautomis sąlygomis. Taip yra todėl, kad per didelis įkrovimas gali sugadinti baterijas, tačiau elektroninė grandinė neleidžia jų perkrauti. Tokiu atveju kondensatorių bankas gali kaupti energiją ir padėti išplėsti diapazoną. Jei jo nėra, stabdomi transporto priemonės mechaniniai stabdžiai.

Mes žinome, kad kinetinę energiją suteikia 0,5 * m * v ². Energijos kiekis, kurį galime paimti, priklauso nuo transporto priemonės masės ir greičio, kuriuo ji važiuoja. Bendra masė yra sunkesnėse transporto priemonėse, tokiose kaip elektromobiliai, elektriniai autobusai ir sunkvežimiai. Važiuojant mieste, šios sunkiosios transporto priemonės po pagreičio įgautų didelį pagreitį, nepaisant kruizų mažu greičiu. Taigi stabdant kinetinės energijos yra daugiau, palyginti su tuo pačiu greičiu važiuojančiu elektriniu paspirtuku. Todėl regeneracinio stabdymo efektyvumas yra labiau elektromobilių, autobusų ir kitų sunkiųjų transporto priemonių. Nors nedaugeliui elektrinių paspirtukų būdingas regeneracinio stabdymo bruožas, jo poveikis sistemai (paimamos energijos kiekis arba išplėstas diapazonas) nėra toks efektyvus kaip elektromobiliuose.

Kondensatorių bankų arba „Ultra“ kondensatorių poreikis

Stabdydami turime akimirksniu sustabdyti arba sumažinti transporto priemonės greitį. Todėl tą akimirką stabdymas atliekamas trumpą laiką. Akumuliatorių įkrovimo laikas yra ribotas, todėl vienu metu negalime išpilti daugiau energijos, nes tai pablogins baterijas. Be to, dažnas akumuliatoriaus įkrovimas ir išsikrovimas taip pat sutrumpina jo veikimo laiką. Norėdami jų išvengti, į sistemą įtraukiame kondensatorių banką arba ultrakondensatorius. „Ultra“ kondensatoriai arba „Super kondensatoriai“ gali išsikrauti ir įkrauti daugelį ciklų, nesumažindami jų veikimo, o tai padeda prailginti akumuliatoriaus tarnavimo laiką. „Ultra“ kondensatorius reaguoja greitai, o tai padeda efektyviai užfiksuoti energijos smailes / bangą regeneracinio stabdymo metu.Ultra kondensatoriaus pasirinkimo priežastis yra ta, kad jis gali sukaupti 20 kartų daugiau energijos nei elektrolitiniai kondensatoriai. Šioje sistemoje yra nuolatinės srovės keitiklis. Pagreičio metu padidinimo operacija leidžia kondensatoriui iškrauti iki ribinės vertės. Lėtėjimo (ty stabdymo) metu „buck“ operacija leidžia įkrauti kondensatorių. Ultra kondensatoriai pasižymi geru trumpalaikiu atsaku, kuris yra naudingas užvedant transporto priemonę. Saugodama atgautą energiją, išskyrus akumuliatorių, ji gali padėti išplėsti transporto priemonės nuotolį ir palaikyti staigų pagreitį naudojant padidinimo grandinę.stabdymas) „buck“ operacija leidžia įkrauti kondensatorių. Ultra kondensatoriai pasižymi geru trumpalaikiu atsaku, kuris yra naudingas užvedant transporto priemonę. Saugodama atgautą energiją, išskyrus akumuliatorių, ji gali padėti išplėsti transporto priemonės nuotolį ir palaikyti staigų pagreitį naudojant padidinimo grandinę.stabdymas) „buck“ operacija leidžia įkrauti kondensatorių. Ultra kondensatoriai pasižymi geru trumpalaikiu atsaku, kuris yra naudingas užvedant transporto priemonę. Saugodama atgautą energiją, išskyrus akumuliatorių, ji gali padėti išplėsti transporto priemonės nuotolį ir palaikyti staigų pagreitį naudojant padidinimo grandinę.