Hvordan regenerativ bremsing fungerer i elektriske kjøretøyer

Bremsing er en av de viktigste aspektene ved et kjøretøy. Det mekaniske bremsesystemet som vi bruker i kjøretøyene våre, har en stor ulempe ved å kaste bort kinetisk energi til kjøretøyet som varme. Dette reduserer kjøretøyets samlede effektivitet ved å påvirke drivstofføkonomien. I den urbane kjøresyklusen pleier vi å starte og stoppe kjøretøyet oftere sammenlignet med motorveis kjøresyklus. Når vi bruker bremsen ofte i en urbane kjøresyklus, er energitapet mer. Ingeniører kom med det regenerative bremsesystemetfor å gjenvinne den kinetiske energien som er spredt som varme under oppbremsing i den tradisjonelle bremsemetoden. Etter fysikkens lover kan vi ikke gjenopprette all kinetisk energi som går tapt, men fortsatt kan betydelig kinetisk energi konverteres og lagres i batteri eller superkondensator. Gjenvunnet energi hjelper til med å forbedre drivstofføkonomien i konvensjonelle biler og hjelper til å utvide rekkevidden i elektriske kjøretøyer. Det er å merke seg at prosessen med regenerativ bremsing har tap mens den gjenvinner kinetisk energi. Før du går videre kan du også sjekke annen interessant artikkel om elbiler:

• En ingeniørs introduksjon til elektriske kjøretøyer
• Motortyper som brukes i elektriske kjøretøyer

Det begrepet regenerativ bremsing kan gjennomføres i vanlige biler som bruker Fly hjul. Svinghjul er skiver med høy treghet som roterer i veldig høy hastighet. De fungerer som en mekanisk energilagringsenhet ved å ta opp (lagre) kjøretøyets kinetiske energi under bremsing. Energien som gjenvinnes under bremseprosessen kan brukes til å hjelpe kjøretøyet under oppstart eller bevegelse oppover.

I elektriske kjøretøyer kan vi innlemme regenerativ bremsing på en mye mer effektiv måte elektronisk. Dette vil redusere behovet for tunge svinghjul, noe som tilfører kjøretøyets totalvekt ekstra vekt. Elektriske biler har et iboende problem med rekkeviddeangst blant brukerne. Selv om kjøretøyets gjennomsnittshastighet i den urbane kjøresyklusen er rundt 25-40 km / t, tømmer hyppig akselerasjon og bremsing snart batteriet. Vi vet at motorer kan fungere som en generator under visse forhold. Ved å bruke denne funksjonen kan man forhindre at den kinetiske energien til kjøretøyet blir bortkastet. Når vi bruker bremsen i elektriske biler, reduserer motorstyringen (basert på bremsepedalens sensorutgang) ytelsen eller stopper motoren. Under denne operasjonen er motorstyringen designet for ågjenopprette kinetisk energi og lagre den i batteriet eller kondensatorbankene. Regenerativ bremsing hjelper deg med å utvide rekkevidden til det elektriske kjøretøyet med 8-25%. Bortsett fra å spare energi og øke rekkevidden, hjelper det også til effektiv kontroll av bremsedriften.

I det mekaniske bremsesystemet utøves det omvendt dreiemoment på hjulet når vi trykker på bremsepedalen. På samme måte reduseres hastigheten på kjøretøyet i regenerativ bremsemodus ved å starte et negativt dreiemoment (motsatt bevegelsen) i motoren ved hjelp av motorstyringen. Noen ganger blir folk forvirret når de visualiserer konseptet at motor fungerer som en generator når den roterer i motsatt retning under regenerativ bremsemodus. I denne artikkelen kan man forstå hvordan man kan gjenopprette kinetisk energi via regenerativ bremsemetode i elektriske kjøretøyer.

Hvordan en motor fungerer som generator

Først vil vi fokusere på å forstå hvordan en motor kan fungere som en generator. Vi har alle brukt Permanent Magnet DC-motoren i robotikkapplikasjoner som linjefølgere. Når hjulet på roboten som er koblet til motoren, roteres fritt (utvendig for hånd), blir motorføreren IC noen ganger skadet. Dette skjer fordi motoren fungerer som en generator, og den bakre EMF-genererte (revers spenningen av større styrke) påføres over driver-IC, noe som skader den. Når vi roterer ankeret i disse motorene, kutter det strømmen fra de permanente magneter. Som et resultat av dette blir EMF indusert til å motsette seg endringen i fluks. Derfor kan vi måle en spenning ved terminalene på motoren. Det er fordi bakre EMF er en funksjon av rotorhastighet (rpm). Når o / min er mer og hvis den genererte bakmotoren er mer enn forsyningsspenningen, fungerer motoren som en generator. La oss nå sehvordan dette prinsippet fungerer i elektriske kjøretøyer for å unngå energitap på grunn av bremsing.

Når motoren akselererer kjøretøyet, øker den kinetiske energien som er forbundet med den som en kvadrat av hastigheten. Under friluftsliv hviler kjøretøyet når kinetisk energi blir null. Når vi setter på bremsene i et elektrisk kjøretøy, fungerer motorstyringen på en slik måte å bringe motoren i ro eller for å redusere hastigheten. Dette innebærer å reversere motormomentets retning til rotasjonsretningen. Under denne prosessen genererer rotoren til motoren som er koblet til drivakselen en EMF i motoren (analogt med en primus motor / turbin som driver generatorens rotor). Når den genererte EMF er mer enn kondensatorbankens spenning, strømmer kraften fra motoren til banken. Dermed lagres energien som er gjenvunnet i batteriet eller kondensatorbanken.

Hvordan regenerativ bremsing fungerer i elektriske kjøretøyer

La oss vurdere at en bil har en trefaset AC-induksjonsmotor som motor for fremdrift. Fra motoregenskapene vet vi at når en trefaset induksjonsmotor går over sin synkrone hastighet, blir gliden negativ og motoren fungerer som en generator (generator). Under praktiske omstendigheter er hastigheten til en induksjonsmotor alltid mindre enn den synkrone hastigheten. Den synkrone hastighetener hastigheten på det roterende magnetfeltet til statoren som produseres på grunn av samspillet mellom trefasetilførsel. Når motoren startes, er EMF-indusert i rotoren maksimalt. Når motoren begynner å rotere, reduseres EMF-indusert som en funksjon av glidning. Når rotorhastigheten når synkron hastighet, er den induserte EMF null. På dette punktet, hvis vi prøver å rotere rotoren over denne hastigheten, vil EMF bli indusert. I dette tilfellet leverer motoren aktiv strøm tilbake til strømnettet. Vi bruker bremser for å redusere hastigheten på kjøretøyet. I dette tilfellet kan vi ikke forvente at rotorhastigheten vil overstige den synkrone hastigheten. Det er her rollen som motorstyring kommer inn i bildet. For forståelsesformålet kan vi visualisere som eksemplet gitt nedenfor.

La oss anta at motoren roterer ved 5900 o / min og at forsyningsfrekvensen er 200 Hz når vi bruker brems, må vi redusere o / min eller bringe den ned til null. Kontrolleren fungerer i henhold til inngangen fra bremsepedalsensoren og utfører denne operasjonen. I løpet av denne prosessen vil kontrolleren stille forsyningsfrekvensen mindre enn 200 Hz som 80 Hz. Derfor blir motorens synkrone hastighet 2400 o / min. Fra motorstyringsperspektivet er motorens hastighet mer enn den synkrone hastigheten. Da vi reduserer hastigheten under bremsing, fungerer motoren nå som en generator til o / min reduseres til 2400. I løpet av denne perioden kan vi trekke ut kraft fra motoren og lagre den i batteri- eller kondensatorbanken.Det er å merke seg at batteriet fortsetter å levere strøm til trefaset induksjonsmotorer under den regenerative bremseprosessen. Det er fordi induksjonsmotorene ikke har en magnetisk flukskilde når forsyningen er AV. Derfor trekker motoren når den fungerer som en generator, reaktiv effekt fra forsyningen for å etablere strømningsforbindelsen og leverer aktiv effekt tilbake til den. For forskjellige motorer er prinsippet om å gjenvinne kinetisk energi under regenerativ bremsing annerledes. Permanente magnetmotorer kan fungere som en generator uten strømforsyning fordi den har magneter i rotoren for å produsere magnetisk strømning. På samme måte har få motorer restmagnetisme i seg, som eliminerer den eksterne eksitasjonen som kreves for å skape magnetisk fluks.Det er fordi induksjonsmotorene ikke har en magnetisk flukskilde når forsyningen er AV. Derfor trekker motoren når den fungerer som en generator, reaktiv effekt fra forsyningen for å etablere strømningsforbindelsen og leverer aktiv effekt tilbake til den. For forskjellige motorer er prinsippet om å gjenvinne kinetisk energi under regenerativ bremsing annerledes. Permanente magnetmotorer kan fungere som en generator uten strømforsyning fordi den har magneter i rotoren for å produsere magnetisk strømning. På samme måte har få motorer restmagnetisme i seg, som eliminerer den eksterne eksitasjonen som kreves for å skape magnetisk fluks.Det er fordi induksjonsmotorene ikke har en magnetisk flukskilde når forsyningen er AV. Derfor trekker motoren når den fungerer som en generator, reaktiv effekt fra forsyningen for å etablere strømningsforbindelsen og leverer aktiv effekt tilbake til den. For forskjellige motorer er prinsippet om å gjenvinne kinetisk energi under regenerativ bremsing annerledes. Permanente magnetmotorer kan fungere som en generator uten strømforsyning fordi den har magneter i rotoren for å produsere magnetisk strømning. På samme måte har få motorer restmagnetisme i seg, som eliminerer den eksterne eksitasjonen som kreves for å skape magnetisk fluks.prinsippet om å gjenvinne den kinetiske energien under regenerativ bremsing er annerledes. Permanente magnetmotorer kan fungere som en generator uten strømforsyning fordi den har magneter i rotoren for å produsere magnetisk strømning. På samme måte har få motorer restmagnetisme i seg, som eliminerer den eksterne eksitasjonen som kreves for å skape magnetisk fluks.prinsippet om å gjenvinne den kinetiske energien under regenerativ bremsing er annerledes. Permanente magnetmotorer kan fungere som en generator uten strømforsyning fordi den har magneter i rotoren for å produsere magnetisk strømning. På samme måte har få motorer restmagnetisme i seg, som eliminerer den eksterne eksitasjonen som kreves for å skape magnetisk fluks.

I de fleste elektriske kjøretøyer er den elektriske motoren bare koblet til den ene drivakselen (for det meste til bakhjulsdrevet aksel). I dette tilfellet må vi bruke et mekanisk bremsesystem (hydraulisk bremsing) for forhjulene. Dette betyr at kontrolleren må opprettholde koordinasjonen mellom både det mekaniske og elektroniske bremsesystemet mens du bremser.

Er regenerativ bremsing verdt å implementeres i alle elbiler?

Det er ingen tvil om potensialet for gjenvinning av energi i begrepet regenerativ bremsemetode, men det har også noen begrensninger. Som påpekt tidligere, er hastigheten batteriene kan lade sakte sammenlignet med hastigheten de kan lades ut med. Dette begrenser mengden gjenvunnet energi som batteriene kan lagre under plutselig bremsing (rask retardasjon). Det anbefales ikke å bruke regenerativ bremsing under fulladede forhold. Det er fordi overladning kan skade batteriene, men den elektroniske kretsen forhindrer overlading av den. I dette tilfellet kan kondensatorbanken lagre energien og hjelpe til med å utvide området. Hvis den ikke er der, brukes de mekaniske bremsene for å stoppe kjøretøyet.

Vi vet at den kinetiske energien er gitt av 0,5 * m * v ². Mengden energi som vi kan hente, avhenger av kjøretøyets masse og også hastigheten den kjører på. Den totale massen er mer i tunge kjøretøy som elbiler, elektriske busser og lastebiler. I den urbane kjøresyklusen ville disse tunge kjøretøyene få stor fart etter akselerasjon til tross for cruising i lav hastighet. Så under bremsing er den tilgjengelige kinetiske energien mer sammenlignet med en elektrisk scooter som kjører med samme hastighet. Derfor er effektiviteten til regenerativ bremsing mer i elektriske biler, busser og andre tunge kjøretøy. Selv om få elektriske scootere har funksjonen til regenerativ bremsing, er effekten av den på systemet (mengden energi som er hentet ut eller utvidet rekkevidde) ikke like effektiv som i elbiler.

Behovet for kondensatorbanker eller ultrakondensatorer

Under bremsing må vi stoppe eller redusere hastigheten på kjøretøyet umiddelbart. Derfor er bremseoperasjonen i det øyeblikket der i kort tid. Batterier har en begrensning på ladetiden. Vi kan ikke dumpe mer energi om gangen fordi det vil ødelegge batteriene. Bortsett fra dette, reduserer hyppig lading og utlading av batteriet også batteriets levetid. For å unngå disse legger vi til en kondensatorbank eller ultrakondensatorer i systemet. Ultra-kondensatorer eller Super-kondensatorer kan lades ut og lades i mange sykluser uten noen ytelsesforringelse, noe som hjelper til med å øke batteriets levetid. Ultra kondensator har rask respons, noe som hjelper til med å fange opp energitoppene / bølgene effektivt under regenerativ bremsing.Årsaken til å velge en ultrakondensator er at den kan lagre 20 ganger mer energi enn elektrolytkondensatorer. Dette systemet huser en DC til DC-omformer. Under akselerasjon tillater boost-operasjonen kondensatoren å tømme ut til en terskelverdi. Under retardasjon (dvs. bremsing) lar bukkoperasjonen kondensatoren lade seg. Ultrakondensatorene har god forbigående respons, noe som er nyttig når du starter kjøretøyet. Ved å lagre den gjenvunne energien bortsett fra batteriet, kan den hjelpe til med å utvide kjøretøyets rekkevidde og kan også støtte plutselig akselerasjon ved hjelp av boost-kretsen.bremsing) lar bukkoperasjonen kondensatoren lade seg. Ultrakondensatorene har god forbigående respons, noe som er nyttig når du starter kjøretøyet. Ved å lagre den gjenvunne energien bortsett fra batteriet, kan den hjelpe til med å utvide kjøretøyets rekkevidde og kan også støtte plutselig akselerasjon ved hjelp av boost-kretsen.bremsing) lar bukkoperasjonen kondensatoren lade seg. Ultrakondensatorene har god forbigående respons, noe som er nyttig når du starter kjøretøyet. Ved å lagre den gjenvunne energien bortsett fra batteriet, kan den hjelpe til med å utvide kjøretøyets rekkevidde og kan også støtte plutselig akselerasjon ved hjelp av boost-kretsen.