איך עובדת בלימה משחזרת ברכבים חשמליים

בלימה היא אחד ההיבטים החשובים ברכב. למערכת הבלימה המכנית בה אנו משתמשים ברכבים שלנו יש חסרון גדול לבזבז את האנרגיה הקינטית של הרכב כחום. זה מוריד את היעילות הכוללת של הרכב על ידי השפעה על צריכת הדלק. במחזור הנסיעה העירוני, אנו נוטים להתניע ולעצור את הרכב לעיתים קרובות יותר בהשוואה למחזור הכביש המהיר. כאשר אנו מפעילים את הבלם לעתים קרובות במחזור נסיעה עירוני, אובדן האנרגיה הוא יותר. מהנדסים המציאו את מערכת הבלימה המתחדשתכדי להחזיר את האנרגיה הקינטית שהתפוגגה כחום במהלך הבלימה בשיטת הבלימה המסורתית. בהתאם לחוקי הפיזיקה, איננו יכולים להחזיר את כל האנרגיה הקינטית שאבדה, אך עדיין ניתן להמיר ולאחסן כמות משמעותית של אנרגיה קינטית בסוללה או בסופר-קבלים. האנרגיה המוחזרת עוזרת בשיפור צריכת הדלק ברכבים קונבנציונליים ומסייעת בהרחבת הטווח ברכבים חשמליים. יש לציין כי לתהליך הבלימה המתחדשת יש הפסדים תוך התאוששות האנרגיה הקינטית. לפני שתמשיך הלאה אתה יכול גם לבדוק מאמר מעניין אחר על EVS:

• מבוא של מהנדס לרכבים חשמליים (EVs)
• סוגי מנועים המשמשים ברכבים חשמליים

את רעיון הבלימה המתחדשת ניתן ליישם ברכבים קונבנציונליים המשתמשים בגלגלי Fly. גלגלי תנופה הם דיסקים עם אינרציה גבוהה המסתובבים במהירות גבוהה מאוד. הם פועלים כמכשיר לאחסון אנרגיה מכני על ידי נטילת (אחסון) האנרגיה הקינטית של הרכב במהלך הבלימה. האנרגיה המתאוששת בתהליך הבלימה יכולה לשמש לסייע לרכב במהלך התנעה או תנועה במעלה הגבעה.

ברכבים חשמליים נוכל לשלב את הבלימה המתחדשת בצורה הרבה יותר יעילה אלקטרונית. זה יקטין את הצורך בגלגלי תנופה כבדים, מה שמוסיף משקל נוסף למשקל הכולל של הרכב. לרכבים חשמליים יש בעיה אינהרנטית של חרדת טווח בקרב המשתמשים. למרות שהמהירות הממוצעת של הרכב במחזור הנסיעה העירוני היא סביב 25-40 קמ"ש, התאוצה והבלימה התכופים מרוקנים את הסוללה בקרוב. אנו יודעים שמנועים יכולים לשמש כמחולל בתנאים מסוימים. באמצעות תכונה זו, ניתן למנוע מהאנרגיה הקינטית של הרכב להתבזבז. כאשר אנו מפעילים את הבלם ברכבים חשמליים, בקר המנוע (על בסיס תפוקת חיישן דוושת הבלם) מפחית את הביצועים או עוצר את המנוע. במהלך פעולה זו, בקר המנוע מיועדלהחזיר את האנרגיה הקינטית ולאחסן אותה בסוללה או בבנקי הקבלים. בלימה רגנרטיבית מסייעת בהרחבת טווח הרכב החשמלי ב-8-25%. מלבד חיסכון באנרגיה ושיפור הטווח, זה גם מסייע בשליטה יעילה על פעולת הבלימה.

במערכת הבלימה המכנית מופעל מומנט הפוך על הגלגל כאשר אנו לוחצים על דוושת הבלם. באופן דומה, במצב הבלימה המתחדשת, מהירות הרכב מופחתת על ידי הפעלת מומנט שלילי (מנוגד לתנועה) במנוע בעזרת בקר המנוע. לפעמים אנשים מתבלבלים כאשר הם מדמיינים את הרעיון שמנוע פועל כמחולל כאשר הוא מסתובב בכיוון ההפוך במצב בלימה רגנרטיבי. במאמר זה ניתן להבין כיצד לשחזר את האנרגיה הקינטית באמצעות שיטת בלימה מתחדשת ברכבים חשמליים.

איך מנוע פועל כמחולל

ראשית, נתמקד בהבנת האופן בו מנוע יכול לשמש כמחולל. כולנו השתמשנו במנוע DC קבוע למגנט ביישומי רובוטיקה כמו חסיד קווים. כאשר גלגל הרובוט המחובר למנוע מסתובב בחופשיות (חיצונית ביד), לפעמים נהג המנוע IC נפגע. זה קורה מכיוון שהמנוע פועל כמחולל, וה- EMF האחורי שנוצר (מתח הפוך בעוצמה גדולה יותר) מוחל על גבי IC המניע, מה שפוגע בו. כאשר אנו מסובבים את האבזור במנועים אלה, הוא חותך את השטף מהמגנטים הקבועים. כתוצאה מכך, EMF נגרם להתנגד לשינוי השטף. לכן, אנו יכולים למדוד מתח במסופי המנוע. זה בגלל ש EMF האחורי הוא פונקציה של מהירות הרוטור (סל"ד). כאשר הסל"ד הוא יותר ואם ה- emf האחורי שנוצר הוא יותר ממתח האספקה, המנוע משמש כגנרטור. בואו נראה עכשיוכיצד עובד עיקרון זה ברכבים חשמליים כדי למנוע אובדן אנרגיה עקב בלימה.

כאשר המנוע מאיץ את הרכב, האנרגיה הקינטית הקשורה אליו עולה כריבוע מהירות. במהלך החיפוי, הרכב מגיע למנוחה כאשר האנרגיה הקינטית הופכת לאפס. כאשר אנו מפעילים את הבלמים ברכב חשמלי, בקר המנוע פועל בצורה כזו להביא למנוחה או להפחתת מהירותו. זה כרוך בהיפוך כיוון מומנט המנוע לכיוון הסיבוב. במהלך תהליך זה, הרוטור של המנוע המחובר לסרן ההנעה מייצר EMF במנוע (מקביל למניע ראשוני / טורבינה המניעים את הרוטור של הגנרטור). כאשר ה- EMF שנוצר הוא יותר מהמתח של בנק הקבלים, הכוח זורם מהמנוע לבנק. כך האנרגיה המתאוששת מאוחסנת בסוללה או בבנק הקבלים.

כיצד עובד בלימה רגנרטיבית ברכב חשמלי

בואו ניקח בחשבון שלמכונית יש מנוע אינדוקציה AC תלת פאזי כמנוע להנעתה. לפי מאפייני המנוע, אנו יודעים שכאשר מנוע אינדוקציה תלת פאזי פועל מעל למהירות הסינכרונית שלו, החלקה הופכת לשלילית והמנוע פועל כמחולל (אלטרנטור). בנסיבות מעשיות, מהירות מנוע אינדוקציה תמיד נמוכה מהמהירות הסינכרונית. מהירות סינכרוניתהוא מהירות השדה המגנטי המסתובב של הסטטור המיוצר עקב האינטראקציה של אספקת תלת פאזי. בזמן התנעת המנוע, EMF המושרה ברוטור הוא מקסימאלי. כאשר המנוע מתחיל להסתובב EMF המושרה פוחת כפונקציה של החלקה. כאשר מהירות הרוטור מגיעה למהירות הסינכרונית, ה- EMF המושרה הוא אפס. בשלב זה, אם ננסה לסובב את הרוטור מעל למהירות זו, EMF יושרה. במקרה זה, המנוע מספק כוח פעיל בחזרה לרשת החשמל או לחשמל. אנו מפעילים בלמים להפחתת מהירות הרכב. במקרה זה, איננו יכולים לצפות שמהירות הרוטור תעלה על המהירות הסינכרונית. כאן נכנס לתמונה תפקידו של הבקר המנוע. לצורך ההבנה, אנו יכולים לדמיין כמו הדוגמה הבאה.

נניח שהמנוע מסתובב ב -5900 סל"ד ותדירות האספקה ​​היא 200 הרץ כאשר אנו מפעילים בלם עלינו להפחית את הסל"ד או להוריד אותו לאפס. הבקר פועל על פי הקלט מחיישן דוושת הבלם ומבצע פעולה זו. במהלך תהליך זה, הבקר יקבע את תדר האספקה ​​הנמוך מ- 200 הרץ כמו 80 הרץ. לכן המהירות הסינכרונית של המנוע הופכת ל 2400 סל"ד. מנקודת מבט בקר המנוע, מהירות המנוע היא יותר מהמהירות הסינכרונית שלו. כאשר אנו מורידים את המהירות במהלך פעולת הבלימה, המנוע פועל כעת כגנרטור עד שהסל"ד יורד ל 2400. בתקופה זו נוכל להפיק כוח מהמנוע ולאחסן אותו בבנק הסוללה או הקבלים.יש לציין כי הסוללה ממשיכה לספק כוח למנועי האינדוקציה התלת פאזיים במהלך תהליך הבלימה המתחדשת. הסיבה לכך היא כי למנועי האינדוקציה אין מקור שטף מגנטי כאשר האספקה ​​כבויה. לכן המנוע כשמשמש כגנרטור שואב כוח תגובתי מהאספקה ​​כדי לבסס את זרימת השטף ומספק אליו כוח פעיל. עבור מנועים שונים, העיקרון של השבת האנרגיה הקינטית במהלך בלימה מתחדשת שונה. מנועי מגנטים קבועים יכולים לשמש גנרטור ללא כל ספק כוח מכיוון שיש בו מגנטים ברוטור לייצור שטף מגנטי. באופן דומה מעט מנועים מכילים מגנטיות שיורית אשר מבטלת את העירור החיצוני הנדרש ליצירת שטף מגנטי.הסיבה לכך היא כי למנועי האינדוקציה אין מקור שטף מגנטי כאשר האספקה ​​כבויה. לכן המנוע כשמשמש כגנרטור שואב כוח תגובתי מהאספקה ​​כדי לבסס את זרימת השטף ומספק אליו כוח פעיל. עבור מנועים שונים, העיקרון של השבת האנרגיה הקינטית במהלך בלימה מתחדשת שונה. מנועי מגנטים קבועים יכולים לשמש גנרטור ללא כל ספק כוח מכיוון שיש בו מגנטים ברוטור לייצור שטף מגנטי. באופן דומה מעט מנועים מכילים מגנטיות שיורית אשר מבטלת את העירור החיצוני הנדרש ליצירת שטף מגנטי.הסיבה לכך היא כי למנועי האינדוקציה אין מקור שטף מגנטי כאשר האספקה ​​כבויה. לכן המנוע כשמשמש כגנרטור שואב כוח תגובתי מהאספקה ​​כדי לבסס את זרימת השטף ומספק אליו כוח פעיל. עבור מנועים שונים, העיקרון של השבת האנרגיה הקינטית במהלך בלימה מתחדשת שונה. מנועי מגנטים קבועים יכולים לשמש גנרטור ללא כל ספק כוח מכיוון שיש בו מגנטים ברוטור לייצור שטף מגנטי. באופן דומה מעט מנועים מכילים מגנטיות שיורית אשר מבטלת את העירור החיצוני הנדרש ליצירת שטף מגנטי.העיקרון של השבת האנרגיה הקינטית במהלך בלימה מתחדשת שונה. מנועי מגנטים קבועים יכולים לשמש גנרטור ללא כל ספק כוח מכיוון שיש בו מגנטים ברוטור לייצור שטף מגנטי. באופן דומה מעט מנועים מכילים מגנטיות שיורית אשר מבטלת את העירור החיצוני הנדרש ליצירת שטף מגנטי.העיקרון של השבת האנרגיה הקינטית במהלך בלימה מתחדשת שונה. מנועי מגנטים קבועים יכולים לשמש גנרטור ללא כל ספק כוח מכיוון שיש בו מגנטים ברוטור לייצור שטף מגנטי. באופן דומה מעט מנועים מכילים מגנטיות שיורית אשר מבטלת את העירור החיצוני הנדרש ליצירת שטף מגנטי.

ברוב הרכבים החשמליים, המנוע החשמלי מחובר רק לסרן ההנעה היחיד (בעיקר לסרן ההנעה האחורית). במקרה זה עלינו להפעיל מערכת בלימה מכנית (בלימה הידראולית) לגלגלים הקדמיים. משמעות הדבר היא כי הבקר צריך לשמור על תיאום בין מערכת הבלימה המכנית והן האלקטרונית בעת הפעלת הבלמים.

האם שווה להיות מיושם בלימה רגנרטיבית בכל הרכבים החשמליים?

אין ספק בפוטנציאל לשחזור האנרגיה במושג שיטת הבלימה המתחדשת, אך יש לה גם מגבלות מסוימות. כפי שצוין קודם, קצב הטעינה של הסוללות הוא איטי בהשוואה לקצב שבו הם יכולים להתפרק. זה מגביל את כמות האנרגיה המוחזרת שהסוללות יכולות לאגור במהלך בלימה פתאומית (האטה מהירה). לא מומלץ להשתמש בבלימה מתחדשת בתנאים טעונים לחלוטין. הסיבה לכך היא טעינת יתר עלולה לפגוע בסוללות, אך המעגל האלקטרוני מונע טעינה יתר של אותן. במקרה זה, בנק הקבלים יכול לאגור את האנרגיה ולעזור בהרחבת הטווח. אם זה לא שם, מפעילים את הבלמים המכאניים כדי לעצור את הרכב.

אנו יודעים שהאנרגיה הקינטית ניתנת על ידי 0.5 * m * v ². כמות האנרגיה שנוכל לשלוף תלויה במסת הרכב וגם במהירות הנסיעה בו. המסה הכוללת היא יותר ברכבים כבדים כמו מכוניות חשמליות, אוטובוסים חשמליים ומשאיות. במחזור הנסיעה העירוני, הרכבים הכבדים הללו יצברו תאוצה גדולה לאחר תאוצה למרות שיוט במהירות נמוכה. אז במהלך הבלימה, האנרגיה הקינטית הזמינה היא יותר בהשוואה לקלנועית חשמלית שנוסעת באותה מהירות. לכן, יעילות הבלימה המתחדשת היא יותר במכוניות חשמליות, אוטובוסים ורכבים כבדים אחרים. אף על פי שמעט קטנועים חשמליים כוללים את התכונה של בלימה מתחדשת, ההשפעה של זה על המערכת (כמות האנרגיה שאוחזרת או הטווח המורחב) אינה יעילה כמו במכוניות חשמליות.

הצורך בבנקי קבלים או קבלים אולטרה

במהלך הבלימה עלינו לעצור או להפחית את מהירות הרכב באופן מיידי. לכן פעולת הבלימה באותו רגע קיימת לזמן קצר. לסוללות יש מגבלה על זמן הטעינה, אנחנו לא יכולים לזרוק יותר אנרגיה בכל פעם כי זה ישפיל את הסוללות. מלבד זאת טעינה ופריקה תכופות של הסוללה מאריכות גם את חיי הסוללה. כדי להימנע מאלה, אנו מוסיפים מערכת קבלים או קבלים אולטרה למערכת. קבלים אולטרה או קבלים סופר יכולים לפרוק ולהיטען במשך מחזורים רבים ללא כל השפעה בביצועים, מה שמסייע בהארכת חיי הסוללה. לקבל אולטרה יש תגובה מהירה, אשר מסייעת ללכידת שיאי האנרגיה / נחשול ביעילות במהלך פעולת הבלימה המתחדשת.הסיבה לבחירת קבלים אולטרה היא שהיא יכולה לאגור פי 20 יותר אנרגיה מאשר קבלים אלקטרוליטיים. מערכת זו כוללת ממיר DC ל- DC. במהלך האצה, פעולת ההגבהה מאפשרת לקבל לפרוק עד ערך סף. במהלך האטה (כלומר בלימה) פעולת הכסף מאפשרת לטעון את הקבל. לקבלים האולטרה יש תגובה ארעית טובה, דבר שימושי במהלך התנעת הרכב. על ידי אחסון האנרגיה שהוחזרה מלבד המצבר, היא יכולה לסייע בהרחבת טווח הרכב וכן יכולה לתמוך בהאצה פתאומית בעזרת מעגל הדחיפה.בלימה) פעולת הכסף מאפשרת לטעון את הקבל. לקבלים האולטרה יש תגובה ארעית טובה, דבר שימושי במהלך התנעת הרכב. על ידי אחסון האנרגיה שהוחזרה מלבד המצבר, היא יכולה לסייע בהרחבת טווח הרכב וכן יכולה לתמוך בהאצה פתאומית בעזרת מעגל הדחיפה.בלימה) פעולת הכסף מאפשרת לטעון את הקבל. לקבלים האולטרה יש תגובה ארעית טובה, דבר שימושי במהלך התנעת הרכב. על ידי אחסון האנרגיה שהוחזרה מלבד המצבר, היא יכולה לסייע בהרחבת טווח הרכב וכן יכולה לתמוך בהאצה פתאומית בעזרת מעגל הדחיפה.