Как работи регенеративното спиране в електрическите превозни средства

Спирането е един от важните аспекти на превозното средство. Механичната спирачна система, която използваме в нашите превозни средства, има голям недостатък при разхищаването на кинетичната енергия на превозното средство като топлина. Това намалява общата ефективност на автомобила, като влияе на икономията на гориво. В градския цикъл на шофиране ние сме склонни да стартираме и спираме превозното средство по-често в сравнение с цикъла на шофиране по магистрала. Тъй като често задействаме спирачката в градски цикъл на шофиране, загубите на енергия са повече. Инженерите излязоха с регенеративната спирачна системаза възстановяване на разсейваната като топлина кинетична енергия по време на спиране по традиционния метод на спиране. Придържайки се към законите на физиката, не можем да възстановим цялата загубена кинетична енергия, но все пак значително количество кинетична енергия може да бъде преобразувано и съхранено в батерия или суперкондензатор. Възстановената енергия помага за подобряване на икономията на гориво в конвенционалните превозни средства и спомага за разширяване на обхвата на електрическите превозни средства. Трябва да се отбележи, че процесът на регенеративно спиране има загуби при възстановяване на кинетичната енергия. Преди да продължите, можете да проверите и друга интересна статия за EV:

• Въведение на инженера в електрическите превозни средства (EVs)
• Видове двигатели, използвани в електрически превозни средства

В концепцията за рекуперативно спиране, може да се прилага в конвенционалните превозни средства, използващи Fly колела. Маховиците са дискове с висока инерция, които се въртят с много висока скорост. Те действат като устройство за механично акумулиране на енергия, като поемат (съхраняват) кинетичната енергия на автомобила по време на спиране. Възстановената енергия по време на спирачния процес може да се използва за подпомагане на автомобила по време на стартиране или движение нагоре.

В електрическите превозни средства можем да включим регенеративното спиране по много по-ефективен начин по електронен път. Това ще намали нуждата от тежки маховици, което добавя допълнително тегло към общото тегло на автомобила. Електрическите превозни средства имат присъщ проблем на безпокойството сред потребителите. Въпреки че средната скорост на автомобила в градския цикъл на шофиране е около 25-40 км / ч, честото ускорение и спиране скоро изтощават батерията. Знаем, че двигателите могат да действат като генератор при определени условия. Използвайки тази функция, можете да предотвратите загубата на кинетичната енергия на превозното средство. Когато задействаме спирачката в електрически превозни средства, контролерът на двигателя (въз основа на изхода на сензора на педала на спирачката) намалява производителността или спира двигателя. По време на тази операция контролерът на двигателя е проектиран давъзстановете кинетичната енергия и я съхранявайте в батерията или кондензаторните банки. Регенеративното спиране помага за разширяване на обхвата на електрическото превозно средство с 8-25%. Освен че спестява енергия и подобрява обхвата, той помага и за ефективен контрол на спирачната операция.

В механичната спирачна система се упражнява обратен въртящ момент върху колелото, когато натискаме педала на спирачката. По същия начин, в режим на рекуперативно спиране, скоростта на автомобила се намалява чрез иницииране на отрицателен въртящ момент (противоположен на движението) в двигателя с помощта на контролера на двигателя. Понякога хората се объркват, когато визуализират концепцията, че двигателят действа като генератор, когато се върти в обратна посока в режим на регенеративно спиране. В тази статия може да се разбере как да се възстанови кинетичната енергия чрез метод на регенеративно спиране в електрически превозни средства.

Как двигателят действа като генератор

Първо ще се съсредоточим върху разбирането как двигателят може да действа като генератор. Всички ние използваме постоянния магнит с постоянен магнит в приложения за роботика като линейни последователи. Когато колелото на робота, свързано с двигателя, се върти свободно (външно на ръка), понякога IC драйверът на двигателя се поврежда. Това се случва, тъй като двигателят действа като генератор, а генерираният заден ЕМП (обратно напрежение с по-голяма величина) се прилага през интегралната схема на драйвера, което го уврежда. Когато въртим котвата в тези двигатели, тя намалява потока от постоянните магнити. В резултат на това EMF се предизвиква да се противопостави на промяната в потока. Следователно можем да измерим напрежение на клемите на двигателя. Това е така, защото задната ЕМП е функция на скоростта на ротора (об / мин). Когато оборотите в минута са повече и ако генерираната задна едс е по-голяма от захранващото напрежение, тогава двигателят действа като генератор. Нека сега да видимкак този принцип работи в електрическите превозни средства, за да се избегнат загуби на енергия поради спиране.

Когато двигателят ускорява превозното средство, свързаната с него кинетична енергия се увеличава като квадрат на скоростта. По време на каране, превозното средство спира, когато кинетичната енергия стане нула. Когато задействаме спирачките в електрическо превозно средство, контролерът на двигателя работи по такъв начин, че да спре двигателя или да намали скоростта му. Това включва обръщане на посоката на въртящия момент на двигателя към посоката на въртене. По време на този процес роторът на мотора, свързан към задвижващата ос, генерира ЕМП в двигателя (аналогично на основния двигател / турбина, задвижващ ротора на генератора). Когато генерираната ЕМП е повече от напрежението на кондензаторната батерия, мощността преминава от двигателя към банката. По този начин възстановената енергия се съхранява в батерията или кондензаторната банка.

Как работи регенеративното спиране в електрически превозни средства

Нека помислим, че автомобилът има трифазен асинхронен двигател като двигател за своето задвижване. От характеристиките на двигателя знаем, че когато трифазен асинхронен двигател работи над синхронната си скорост, приплъзването става отрицателно и двигателят действа като генератор (алтернатор). При практически обстоятелства скоростта на асинхронния двигател винаги е по-малка от синхронната скорост. В синхронен скоросттае скоростта на въртящото се магнитно поле на статора, произведено поради взаимодействието на трифазно захранване. По време на стартиране на двигателя индуцираната в ротора ЕМП е максимална. Тъй като двигателят започва да се върти, индуцираната ЕМП намалява като функция на приплъзване. Когато скоростта на ротора достигне синхронната скорост, индуцираната ЕМП е нула. В този момент, ако се опитаме да завъртим ротора над тази скорост, ще се индуцира ЕМП. В този случай двигателят подава активна мощност обратно към електрическата мрежа или захранването. Ние прилагаме спирачки, за да намалим скоростта на автомобила. В този случай не можем да очакваме скоростта на ротора да надвишава синхронната скорост. Това е мястото, където ролята на контролера на двигателя идва в картината. За целите на разбирането можем да визуализираме като примера, даден по-долу.

Нека приемем, че двигателят се върти с 5900 оборота в минута и захранващата честота е 200 Hz, когато задействаме спирачка, трябва да намалим оборотите или да го намалим до нула. Контролерът действа според входа от сензора на педала на спирачката и извършва тази операция. По време на този процес контролерът ще зададе честотата на захранването по-малка от 200 Hz, като 80 Hz. Следователно синхронната скорост на двигателя става 2400 оборота в минута. От гледна точка на контролера на двигателя, скоростта на двигателя е по-голяма от синхронната му скорост. Тъй като намаляваме скоростта по време на спиране, двигателят вече действа като генератор, докато оборотите не намалят до 2400. През този период можем да извлечем мощност от двигателя и да я съхраним в батерията или кондензаторната банка.Трябва да се отбележи, че батерията продължава да подава енергия към трифазните асинхронни двигатели по време на процеса на регенеративно спиране. Това е така, защото асинхронните двигатели нямат източник на магнитен поток, когато захранването е изключено. Следователно двигателят, когато действа като генератор, черпи реактивна мощност от захранването, за да установи връзката на потока и връща активна мощност обратно към него. При различните двигатели принципът на възстановяване на кинетичната енергия по време на регенеративно спиране е различен. Двигателите с постоянни магнити могат да действат като генератор без никакво захранване, тъй като има магнити в ротора за производство на магнитен поток. По същия начин малко двигатели имат остатъчен магнетизъм в себе си, което елиминира външното възбуждане, необходимо за създаване на магнитен поток.Това е така, защото асинхронните двигатели нямат източник на магнитен поток, когато захранването е изключено. Следователно двигателят, когато действа като генератор, черпи реактивна мощност от захранването, за да установи връзката на потока и връща активна мощност обратно към него. При различните двигатели принципът на възстановяване на кинетичната енергия по време на регенеративно спиране е различен. Двигателите с постоянни магнити могат да действат като генератор без никакво захранване, тъй като има магнити в ротора за производство на магнитен поток. По същия начин малко двигатели имат остатъчен магнетизъм в себе си, което елиминира външното възбуждане, необходимо за създаване на магнитен поток.Това е така, защото асинхронните двигатели нямат източник на магнитен поток, когато захранването е изключено. Следователно двигателят, когато действа като генератор, черпи реактивна мощност от захранването, за да установи връзката на потока и връща активна мощност обратно към него. При различните двигатели принципът на възстановяване на кинетичната енергия по време на регенеративно спиране е различен. Двигателите с постоянни магнити могат да действат като генератор без никакво захранване, тъй като има магнити в ротора за производство на магнитен поток. По същия начин малко двигатели имат остатъчен магнетизъм в себе си, което елиминира външното възбуждане, необходимо за създаване на магнитен поток.принципът на възстановяване на кинетичната енергия по време на регенеративно спиране е различен. Двигателите с постоянни магнити могат да действат като генератор без никакво захранване, тъй като има магнити в ротора за производство на магнитен поток. По същия начин малко двигатели имат остатъчен магнетизъм в себе си, което елиминира външното възбуждане, необходимо за създаване на магнитен поток.принципът на възстановяване на кинетичната енергия по време на регенеративно спиране е различен. Двигателите с постоянни магнити могат да действат като генератор без никакво захранване, тъй като има магнити в ротора за производство на магнитен поток. По същия начин малко двигатели имат остатъчен магнетизъм в себе си, което елиминира външното възбуждане, необходимо за създаване на магнитен поток.

В повечето от електрическите превозни средства електродвигателят е свързан само към единичната задвижваща ос (най-вече към задната задвижваща ос). В този случай трябва да използваме механична спирачна система (хидравлично спиране) за предните колела. Това означава, че контролерът трябва да поддържа координация между механичната и електронната спирачна система, докато задейства спирачките.

Заслужава ли си въвеждането на регенеративно спиране във всички електрически превозни средства?

Няма съмнение в потенциала за улавяне на енергията в концепцията на метода на регенеративното спиране, но той също има някои ограничения. Както беше посочено по-горе, скоростта, с която батериите могат да се зареждат, е бавна в сравнение със скоростта, с която могат да се разреждат. Това ограничава количеството възстановена енергия, която батериите могат да съхраняват при внезапно спиране (бързо забавяне). Не е препоръчително да се използва регенеративно спиране при напълно заредени условия. Това е така, защото прекомерното зареждане може да повреди батериите, но електронната схема предотвратява презареждането му. В този случай кондензаторната банка може да съхранява енергията и да помогне за разширяване на обхвата. Ако го няма, тогава се задействат механичните спирачки за спиране на превозното средство.

Знаем, че кинетичната енергия се дава от 0,5 * m * v ². Количеството енергия, което можем да извлечем, зависи от масата на превозното средство, а също и от скоростта, с която се движи. Общата маса е по-голяма при тежките превозни средства като електрически автомобили, електрически автобуси и камиони. В градския задвижващ цикъл тези тежки превозни средства биха набрали голяма скорост след ускорение, въпреки че пътуват с ниска скорост. Така че по време на спиране наличната кинетична енергия е по-голяма в сравнение с електрически скутер, движещ се със същата скорост. Следователно ефективността на регенеративното спиране е по-голяма при електрически автомобили, автобуси и други тежки превозни средства. Въпреки че малко електрически скутери имат характеристиката на регенеративното спиране, въздействието му върху системата (извлечената енергия или разширеният обхват) не е толкова ефективно, колкото при електрическите автомобили.

Необходимостта от кондензаторни банки или ултра кондензатори

По време на спиране трябва да спрем моментално или да намалим скоростта на превозното средство. Следователно спирачната операция в този момент е налице за кратко време. Батериите имат ограничение за времето за зареждане, не можем да изхвърляме повече енергия наведнъж, защото това ще влоши батериите. Освен това, честото зареждане и разреждане на батерията също намалява живота на батерията. За да ги избегнем, добавяме кондензаторна банка или ултракондензатори към системата. Ултра кондензаторите или супер кондензаторите могат да се разреждат и зареждат в продължение на много цикли, без да се влошава производителността, което помага за увеличаване на живота на батерията. Ултракондензаторът има бърза реакция, която помага за ефективно улавяне на енергийните пикове / пренапрежение по време на операцията за регенеративно спиране.Причината за избора на ултра кондензатор е, че той може да съхранява 20 пъти повече енергия от електролитните кондензатори. В тази система се намира преобразувател DC в DC. По време на ускорението, усилващата операция позволява на кондензатора да се разреди до прагова стойност. По време на забавянето (т.е. спиране) операцията на изгаряне позволява на кондензатора да се зареди. Ултракондензаторите имат добра преходна реакция, което е полезно по време на стартиране на автомобила. Чрез съхраняване на възстановената енергия отделно от батерията, това може да помогне за разширяване на обхвата на автомобила и също така може да поддържа внезапно ускорение с помощта на усилващата верига.спиране) операцията с долар позволява на кондензатора да се зарежда. Ултракондензаторите имат добра преходна реакция, което е полезно по време на стартиране на автомобила. Съхранявайки възстановената енергия отделно от батерията, това може да помогне за разширяване на обхвата на автомобила и също така може да поддържа внезапно ускорение с помощта на усилващата верига.спиране) операцията с долар позволява на кондензатора да се зарежда. Ултракондензаторите имат добра преходна реакция, което е полезно по време на стартиране на автомобила. Съхранявайки възстановената енергия отделно от батерията, това може да помогне за разширяване на обхвата на автомобила и също така може да поддържа внезапно ускорение с помощта на усилващата верига.